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CHANDRA
Die Summen eines Schwarzen Lochs

von Stefan Deiters
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10. September 2003

Mit Hilfe des NASA-Röntgenteleskops Chandra gelang es Astronomen erstmals Schallwellen eines Schwarzen Loches aufzuspüren. Die ungeheure Energie, die durch die Schallwellen transportiert wird, könnte helfen, ein langjähriges Rätsel über Galaxienhaufen zu lösen. Das Schwarze Loch scheint seinen Ton in den letzten 2,5 Milliarden Jahren konstant gehalten zu haben.

Perseus

Chandra-Aufnahme des Perseus-Galaxienhaufens (im Röngtenbereich, oben) und die Schallwellen im Perseus-Haufen.
Fotos: NASA/CXC/IoA/A.Fabian et al.

Das von Chandra anvisierte Schwarze Loch befindet sich im Perseus-Galaxienhaufen in rund 250 Millionen Lichtjahren Entfernung von der Erde. Im letzten Jahr machten Astronomen mit Hilfe des Röntgenteleskops kleine wellenförmige Strukturen im Gas des Haufens aus - für die Forscher ein Beweis für die Existenz von Schallwellen, die viele 100.000 Lichtjahre durch den Haufen gewandert sind und die vom Schwarzen Loch der gewaltigen Galaxie Perseus A im Zentrum des Haufens ausgehen.

"Wir haben gewaltige Mengen an Licht und Hitze beobachtet, die auf die Existenz eines Schwarzen Lochs zurückzuführen sind, jetzt haben wir auch die Töne des Schwarzen Lochs aufgespürt", erläutert Andrew Fabian vom Institute of Astronomy in Cambridge, England. Die Musik des Schwarzen Loches wäre allerdings für das menschliche Ohr nicht zu hören:  Zwar konnten die Forscher die Wellen als den Ton "H" identifizieren, jedoch liegt er 57 Oktaven unter dem mittleren C. Der Ton ist damit der tiefste Ton, der je von einem Objekt im Universum gemessen wurde. 

"Die Schallwellen von Perseus sind aber deutlich mehr als nur eine kuriose Form von Schwarz-Loch-Akkustik", erläutert Steve Allen, auch vom Institute of Astronomy in Cambridge. "Diese Schallwellen könnten uns einen wichtigen Fingerzeig geben, wie Galaxienhaufen, die größten Strukturen im Universum wachsen." Seit Jahren versuchen die Forscher nämlich zu verstehen, warum man in Galaxienhaufen so viel heißes Gas, jedoch nur sehr wenig kühles Gas findet. Heißes - Röntgenstrahlung aussendendes - Gas sollte sich nämlich im Laufe der Zeit abkühlen, insbesondere das sehr dichte Gas im Zentrum. Es sollte dadurch kühlerem Gas aus den äußeren Bereichen das Vordringen in zentralere Bereiche ermögliche und so Sternentstehungsprozesse in Gang setzen.

Soweit die Theorie. Doch bislang wurden für diese Vorgänge nur sehr dürftige Beweise entdeckt, was zu verschiedenen Erklärungsmodellen führte, warum das Gas in Wirklichkeit heiß bleibt. Keines davon war bislang wirklich überzeugend. Aufheizung durch ein zentrales Schwarzes Loch war immer eines der Erklärungsmodelle, doch fehlte bislang das Auflösungsvermögen von Röntgenteleskopen um diese These auch zu belegen und detaillierte Strukturen aufzuspüren. Das wurde erst mit Chandra möglich.

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Frühere Chandra-Beobachtungen zeigten zwei große blasenförmige Aushöhlungen im Gas des Haufens die sich vom Haufenzentrum aus ausdehnten. Sie entstehen durch gewaltige Jets, also gebündelte Materiestrahlen, die das Haufengas zur Seite gefegt haben. Die Aushöhlungen im Röntgenbereich, gleichzeitig Quellen intensiver Radiostrahlung, standen schon lange im Verdacht etwas mit der Aufheizung des Gases zu tun gehabt zu haben - nur der genaue Mechanismus war bislang unklar. Die beobachteten Schallwellen, die von dieses Aushöhlungen ausgehen, könnten nun die gesuchte Erklärung liefern.

Zur Entstehung dieser Aushöhlungen ist eine gewaltige Energie nötig - vergleichbar etwa mit 100 Millionen Supernova-Explosionen. Ein großer Teil dieser Energie wird von den Schallwellen transportiert und von dem Gas des Haufens nach und nach aufgenommen. Es wird somit erhitzt und kann nicht abkühlen. Wenn das tatsächlich so ist, rechneten die Forscher nach, muss das Schwarze Loch in den letzten 2,5 Milliarden Jahren ziemlich exakt den Ton gehalten haben und immer in "H" 57 Oktaven unter dem mittleren C gesummt haben.

Der Perseus-Galaxienhaufen ist der hellste Galaxienhaufen im Röntgenbereich und war daher ein perfektes Ziel für die Chandra-Beobachtungen. Doch auch andere Galaxienhaufen haben die beobachteten Aushöhlungen im Röntgenbereich - zukünftige Beobachtungen könnten also auch hier Schallwellen aufspüren.

Links im WWW
Chandra, Seite an der Harvard Universität
Chandra, Seite der NASA
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