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SCHWARZE LÖCHER
Todesspirale hinter den Ereignishorizont

von Stefan Deiters
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12. Januar 2001

Zum ersten Mal könnte es Astronomen dank des Hubble-Weltraumteleskops gelungen sein, ein Schwarzes Loch quasi direkt zu beobachten: Die Forscher verfolgten nämlich wie ein Gasklumpen um das Objekt Cygnus XR-1 kreiste und schließlich verschwand. Das Gas muss, so die Interpretation, den Ereignishorizont des Schwarzen Loches überschritten haben.

Schwarzes Loch
Die Signale des Gasklumpens, der sich aus der Akkretionsscheibe (Randbereich) gelöst hat, werden immer schwächer, je näher er an das Schwarze Loch (Mitte) kommt. Darstellung: Greg Bacon (STScI/AVL)

Mit Schwarzen Löchern ist das so seine Sache: Sie gehören mit Sicherheit zu den faszinierendsten Objekten im Weltall und haben schon so manchen Science-Fiction-Autor inspiriert - nur direkt beobachten konnte man bisher kein einziges. Man fand lediglich zahlreiche Hinweise, die am Ende kaum ein anderen Schluss zuließen, als eben die Existenz eines Schwarzes Loches. So konnte man beispielsweise die Strahlung der Materie beobachten, die gerade in das Schwarze Loch hineinfällt oder aber die Bahnen von Sternen, die von diesen exotischen Gebilden angezogen werden.

Joseph F. Dolan von NASA Goddard Space Flight Center könnte nun der bislang direkteste Beweis für die Existenz eines Schwarzen Loches gelungen sein. Der Wissenschaftler beobachtete im ultravioletten Bereich des Lichtes einen heißen Gasklumpen, der um ein kompaktes Objekt kreiste, das unter dem Namen Cygnus XR-1 bekannt ist. Mit der Zeit wurden die Signale des Gases immer schwächer, bis der Gasklumpen schließlich ganz verschwunden war. Genau diese Beobachtung würde man erwarten, wenn der Gasklumpen in ein Schwarzes Loch gefallen wäre. 

"Wir haben mit unseren Beobachtungen versucht, die Existenz von Schwarzen Löchern dadurch zu beweisen, dass wir noch exotischere Erklärungen für diese Objekte ausschließen", erläutert Dolan seine Beobachtungen. "Genau so wie frühere Arbeiten versucht haben, weniger exotische Erklärungsmöglichkeiten als Schwarze Löcher auszuschließen." 

Der Ereignishorizont ist jenes Gebiet um ein Schwarzes Loch herum, aus dem kein Licht und auch keine Materie mehr herauskommt. Hinweise auf die Existenz dieser mysteriösen Region haben früher schon Röntgenbeobachtungen geliefert, doch gelang es noch nie direkt zu beobachten, was passiert, wenn Materie in dieses Gebiet hinein spiralt, wie etwa Wasser in einen Abfluss. Die jetzt vorgestellten Ergebnisse basieren auf der Beobachtung von zwei Ereignissen, so dass auch noch die Möglichkeit besteht, dass es sich um eine Missinterpretation von zufälligen Beobachtungen handeln könnte. Allerdings würden beide Ereignisse exakt so aussehen, wie man sich das vorstellt, wenn Materie in einem Schwarzen Loch verschwindet, betont Dolan.

Der Fund gelang nach einer detaillierten statistischen Analyse von Beobachtungen von Cygnus XR-1, eines der ersten Schwarzen Löcher, die entdeckt wurden. Das  Objekt liegt in rund 6.000 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Schwan. Grundlage waren Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops aus dem Jahr 1992. Dabei konnte Hubble den Ereignishorizont nicht direkt beobachten, sondern lediglich die immer schwächer werdenden Pulse eines Gasklumpens aufnehmen, der in einer Umlaufbahn um das Schwarze Loch gefangen war. 

Dieses Verhalten hatten die Wissenschaftler erwartet: Durch die ungeheure Gravitationswirkung in der Nähe des Ereignishorizonts sollte die Wellenlänge des Lichts immer länger und das Signal immer schwächer werden. Gäbe es keinen Ereignishorizont, hätte man eine Lichtblitz sehen müssen, wenn das Gas die Oberfläche des Objektes erreicht. Durch die Gravitationsrotverschiebung - also die Streckung der Wellenlänge - verschwand der Gasklumpen schon vor dem Erreichen des Ereignishorizonts aus Hubbles Blick. 

Die Signale des Gasklumpens zu finden war keine leichte Aufgabe: Das Hochgeschwindigkeits-Photometer des Weltraumteleskops hatte während dreier Beobachtungsphasen jeweils etwa 100.000 Messungen pro Sekunde gemacht und auf diese Weise etwa eine Milliarde Datenpunkte gewonnen. In jahrelanger Arbeit hat nun Dolan versucht, aus den Daten ein passendes Signal herauszufiltern. "Das war, als wenn man in einer mehrstündigen Sendung im Morsecode ein einziges Wort heraushören soll", erläutert Dolan. Der Forscher fand schließlich zwei passende Ereignisse.

Von Cygnus XR-1 haben die Astronomen eine recht genaue Vorstellung: Gas von einem Begleitstern fällt ständig in das Schwarze Loch hinein. Es tut dies allerdings nicht direkt, sondern spiralt in einer flachen Scheibe, der sogenannten Akkretionsscheibe, in das Schwarze Loch. Rund 1.600 Kilometer vom Ereignishorizont entfernt, hört die Scheibe auf, da es ab hier keine stabilen Orbits um das Schwarze Loch mehr gibt. Dafür lösen sich aber hin und wieder Gasklumpen aus der Scheibe heraus und fallen in einer Spirale in das Schwarze Loch.  

Links im WWW
Original Abbildungen und Pressemitteilung des STScI
die aktuellsten HST Bilder, Übersicht des Space Telescope Science Instituts
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