Schlagwort: Schwarzes Loch

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Zwei Schwarze Löcher tanzen in 3C 75

Diese Darstellung der Radioquelle 3C 75 im Galaxienhaufen Abell 400 wurde aus Röntgen- und Radio-Aufnahmen kombiniert.

Bildcredit: Röntgen: NASA/CXC/D. Hudson, T. Reiprich et al. (AIfA); Radio: NRAO/VLA/ NRL

Was passiert im Zentrum der aktiven Galaxie 3C 75? Die beiden hellen Quellen im Zentrum dieses zusammengesetzten Röntgen- (blau) und Radiobildes (rosa) sind supermassive schwarze Löcher, die um einen gemeinsamen Schwerpunkt kreisen. Zusammen liefern sie die Energie der riesigen Radioquelle 3C 75.

Die sehr massereichen Schwarzen Löcher sind 25.000 Lichtjahre voneinander entfernt. Sie befinden sich in einer Umgebung von viele Millionen Grad heißem Gas, das Röntgenlicht abstrahlt, und stoßen Strahlen aus relativistischen Teilchen aus. Sie befinden sich in den Kernen zweier verschmelzender Galaxien im Galaxienhaufen Abell 400, ihre Entfernung beträgt etwa 300 Millionen Lichtjahre.

Es wird vermutet, dass die beiden sehr massereichen Schwarzen Löcher in einem Doppelsystem durch Gravitation aneinander gebunden sind, denn die einheitlich nach hinten gefegte Erscheinung der Strahlen ist sehr wahrscheinlich auf eine gemeinsame Bewegung zurückzuführen. Man vermutet, dass sie zusammen mit etwa 1200 Kilometern pro Sekunde durch das heiße Gas im Haufen rasen.

Solche spektakulären kosmischen Verschmelzungen kommen in den Umgebungen dicht gedrängter Galaxienhaufen im fernen Universum vermutlich häufig vor. In ihren Endstadien sind Verschmelzungen wahrscheinlich intensive Quellen von Gravitationswellen.

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EHT zeigt das Schwarze Loch in der Milchstraße

Das Event Horizon Telescope (EHT) zeigt ein Bild vom Schwarzen Loch Sgr A* in unserer Milchstraße, es befindet sich im Sternbild Schütze.

Bildcredit: Röntgen – NASA/CXC/SAO, Infrarot – NASA/HST/STScI; Einschub: Radio – Arbeitsgruppe Event Horizon Telescope

Ein Schwarzes Loch haust im Zentrum der Milchstraße. Es wurde beobachtet, dass Sterne um ein sehr massereiches, kompaktes Objekt kreisen, das als Sgr A* (gesprochen: „Sagittarius A Stern„) bezeichnet wird. Doch dieses soeben veröffentlichte Radiobild (Einschub) des auf der Erde stationierten Event Horizon Telescope (EHT) ist der erste direkte Nachweis des zentralen Schwarzen Lochs in der Milchstraße.

Wie von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt, krümmt die starke Gravitation des vier Millionen Sonnenmassen schweren Schwarzen Lochs das Licht und erzeugt einen schattenartigen dunklen Zentralbereich. Dieser ist von einer hellen, ringähnlichen Struktur umgeben.

Begleitende Beobachtungen mit Weltraumteleskopen und Observatorien auf der Erde bieten einen umfassenderen Blick auf die dynamische Umgebung des galaktischen Zentrums und zeigen das Bild des Schwarzen Lochs vom Event Horizon Telescope im Kontext. Das Hauptbild entstand aus Röntgendaten von Chandra sowie Infrarotdaten von Hubble.

Das große Bild ist etwa 7 Lichtjahre breit, der kleine Bildeinschub vom Event Horizon Telescope umfasst nur 10 Lichtminuten im Zentrum unserer Galaxis, das etwa 27.000 Lichtjahre entfernt ist.

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Erstes Bild vom Horizont eines Schwarzen Lochs

Das Event Horizon Telescope EHT zeigt erstmals den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M87

Bildcredit: Event Horizon Telescope Arbeitsgemeinschaft

Beschreibung: Wie sieht ein Schwarzes Loch aus? Um das herauszufinden koordinierten Radioteleskope auf der ganzen Welt Beobachtungen von Schwarzen Löchern mit den größten bekannten Ereignishorizonten am Himmel. Schwarze Löcher sind zwar einfach nur schwarz, doch die riesigen Attraktoren sind von leuchtendem Gas umgeben.

Dieses erste Bild zeigt den Bereich um das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie M87 in einem Maßstab unterhalb des Ereignishorizonts. Die dunkle Region im Zentrum ist nicht der Ereignishorizont, sondern der Schatten des Schwarzen Lochs – die zentrale Region des leuchtenden Gases, das durch die Gravitation des zentralen Schwarzen Lochs verdunkelt wird. Die Größe und Form des Schattens wird durch helles Gas in der Nähe des Ereignishorizonts, durch stark ablenkende Gravitationslinsen und durch die Rotation des Schwarzen Lochs bestimmt.

Mit der Auflösung des Schattens dieses Schwarzen Lochs zeigte das Event Horizon Telescope (EHT), dass die einsteinsche Gravitation auch in extremen Regionen funktioniert und dass sich im Zentrum von M87 ein rotierendes Schwarzes Loch mit etwa 6 Milliarden Sonnenmassen befindet.

Seit der Veröffentlichung dieses Bildes im Jahr 2019 wurde das EHT um mehrere Teleskope erweitert, es beobachtet mehr Schwarze Löcher, erfasst polarisiertes Licht und versucht derzeit, die unmittelbare Umgebung des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße zu beobachten.

Jetzt ist Woche der Schwarzen Löcher
Neue EHT-Ergebnisse werden am Donnerstag nächste Woche veröffentlicht

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Centaurus A

Centaurus A im Sternbild Zentaur ist die nächstgelegene aktive Galaxie in Erdnähe. Im Bild ist sie rund und leuchtet diffus. Davor verläuft ein breites, sehr markantes dunkles Staubband.

Bildcredit und Bildrechte: David Alemazkour

Centaurus A ist nur 11 Millionen Lichtjahre entfernt. Sie ist somit die nächstgelegene aktive Galaxie in der Umgebung der Erde. Die merkwürdige elliptische Galaxie auf dieser scharfen Teleskopansicht ist auch als NGC 5128 bekannt. Sie ist größer als 60.000 Lichtjahre.

Centaurus A ist offenbar das Ergebnis einer Kollision zweier normaler Galaxien. Die Kollision führte zu einem unglaublichen Wirrwarr an Sternhaufen und eindrucksvollen dunklen Staubbahnen. Die übrig gebliebenen kosmischen Trümmer in der Nähe des Galaxienzentrums werden nach und nach von einem zentralen Schwarzen Loch verschluckt. Das Schwarze Loch besitzt etwa eine Milliarde Sonnenmassen. Centaurus A strahlt gewaltig viel Energie in Radio-, Röntgen und Gammastrahlung ab, die wie bei anderen aktiven Galaxien wahrscheinlich von diesem Prozess stammt.

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Illustration: Ein früher Quasar

Künstlerische Illustration eines sehr alten Quasars im frühen Universum.

Illustrationscredit und Lizenz: ESO, M. Kornmesser

Beschreibung: Wie sahen die ersten Quasare aus? Von den nächstliegenden Quasaren wissen wir heute, dass es sich um sehr massereiche Schwarze Löcher in den Zentren aktiver Galaxien handelt. Gas und Staub, die auf einen Quasar fallen, leuchten hell und überstrahlen manchmal ihre gesamte Heimatgalaxie.

Quasare aus den ersten Milliarden Jahren des Universums sind jedoch noch rätselhafter. Jüngste Daten ermöglichten eine künstlerische Darstellung, wie ein Quasar aus der Frühzeit des Universums ausgesehen haben könnte: Im Zentrum befindet sich ein massereiches Schwarzes Loch, das von Hüllen aus Gas und einer Akkretionsscheibe umgeben ist und einen mächtigen Strahl ausstößt.

Quasare gehören zu den fernsten Objekten, die wir sehen. Sie liefern der Menschheit einzigartige Information über das frühe und das dazwischenliegende Universum. Die ältesten Quasare, die wir derzeit kennen, haben eine Rotverschiebung von knapp 8 – das ist nur 700 Millionen Jahre nach dem Urknall, als das Universum nur ein paar Prozent seines heutigen Alters hatte.

Wien, 26. Februar 2022, 18h: Führung im Sterngarten mit APOD-Übersetzerin
Wien, Ladenkonzept Nähe Votivkirche: Kostenlose Kalender (leichte Mängel)

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MeerKAT: Das galaktische Zentrum im Radiobereich

Das MeerKAT-Array aus 64 Radioantennen in Südafrika zeigt viele Details von Sgr A* im Zentrum der Milchstraße.

Bildcredit: Ian Heywood (Oxford U.), SARAO; Farbbearbeitung: Juan Carlos Munoz-Mateos (ESO)

Beschreibung: Was passiert im Zentrum unserer Galaxis? Das ist mit optischen Teleskopen schwer zu erkennen, da sichtbares Licht vom interstellaren Staub verdeckt wird. Doch in anderen Bandbreiten des Lichts wie Radio kann das galaktische Zentrum abgebildet werden und erweist sich als ziemlich interessanter, aktiver Ort.

Oben seht ihr das aktuellste Bild vom Zentrum unserer Milchstraße, aufgenommen mit dem MeerKAT-Array aus 64 Radioantennen in Südafrika. Es ist viermal so breit wie die Winkelgröße des Mondes (2 Grad), also beeindruckend groß und detailreich. Viele bekannte Quellen sind deutlich abgebildet, darunter etliche mit dem Kürzel Sgr, da das galaktische Zentrum in Richtung des Sternbildes Schütze (Sagittarius) liegt. In der Bildmitte seht ihr Sgr A* mit dem sehr massereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße. Andere hier gezeigte Quellen sind weniger gut erforscht, etwa der Bogen links neben Sgr A* sowie zahlreiche faserartige Strukturen.

Zu den Zielen für MeerKAT gehört die Suche nach Radioemissionen von neutralem Wasserstoff aus einem viel jüngeren Universum sowie kurze, weit entfernte Radioblitze.

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Neunzig Gravitationswellenspektrogramme und es werden mehr

Spektrogramme von 90 Gravitationswellen-Ereignissen, die mit den Detektoren von LIGO (USA), VIRGO (Europa) und KAGRA (Japan) beobachtet wurden.

Bildcredit: NSF, LIGO, VIRGO, KAGRA, Georgia Tech, Vanderbilt U.; Graphik: Sudarshan Ghonge und Karan Jani

Beschreibung: Jedes Mal, wenn zwei massereiche Schwarze Löcher kollidieren, senden sie ein lautes Zirpen in Form von Gravitationswellen ins Universum. Erst seit sieben Jahren besitzt die Menschheit die Technologie, um dieses ungewöhnliche Zirpen zu hören, aber wir haben seither in den ersten drei Beobachtungsläufen schon etwa 90 davon gehört.

Oben seht ihr die Spektrogramme – Diagramme der Gravitationswellenfrequenz im Zeitverlauf – dieser 90 Ereignisse, die von den riesigen Detektoren von LIGO (USA), VIRGO (Europa) und KAGRA (Japan) beobachtet wurden. Je mehr Energie einer Kollision auf der Erde ankommt, desto heller erscheint diese Kollision auf der Grafik.

Neben vielen wissenschaftlichen Erfolgen bietet dieses Zirpen von Gravitationswellen der Menschheit eine beispiellose Bestandsaufnahme von Schwarzen Löchern und Neutronensternen, aber auch eine neue Methode, um die Wachstumsgeschwindigkeit unseres Universums zu messen.

Für Anfang Dezember 2022 ist ein vierter Gravitationswellen-Beobachtungsdurchlauf mit erhöhter Genauigkeit geplant.

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Das holografische Prinzip und eine Teekanne

Dreidimensionale Teekanne in einem zweidimensionalen Bild.

Bildcredit: Caltech

Beschreibung: Sicherlich seht ihr das zweidimensionale bunte Rechteck, aber seht ihr auch tiefer hinein? Wenn ihr die Farbflecke auf diesem Bild zählt, schätzt ihr vielleicht, dass dieses digitale 2D-Bild höchstens 60 (waagrecht) x 50 (senkrecht) x 256 (mögliche Farben) = 768.000 Bit an Information enthalten kann.

Das noch unbewiesene holografische Prinzip besagt jedoch, dass – anders als erwartet – ein 2D-Bild alle Information des 3D-Raums enthalten könnte, den es umschließen kann. Das Prinzip leitet sich von der Idee ab, dass die Planck-Länge – das ist jene Länge, bei der die Quantenmechanik beginnt, die klassische Gravitation zu dominieren – die eine Seite eines Bereichs ist, der nur etwa ein Bit an Information enthalten kann.

Die Grenze wurde erstmals 1933 von dem Physiker Gerard ‚t Hooft postuliert. Sie ergibt sich aus der Verallgemeinerung scheinbar weit entfernter Vermutungen, wonach die Information, die in einem Schwarzen Loch enthalten ist, nicht vom eingeschlossenen Volumen bestimmt wird, sondern vom Oberflächenbereich seines Ereignishorizonts. Der Begriff „holografisch“ stammt aus der Analogie zu einem Hologramm, bei dem dreidimensionale Bilder durch Projektion von Licht auf einem flachen Bildschirm erzeugt werden.

Aufgepasst! Manche Leute, die auf dieses Bild starren, denken eher nicht, dass es nur 768.000 Bit codiert – und auch nicht die möglichen 2563000 Bit-Permutationen – sondern sie meinen, es zeige eine dreidimensionale Teekanne.

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