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SCHWARZE LÖCHER
Das Schwarze Loch von M 87 und die Theorie
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität
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28. Mai 2021

Forschende haben im Rahmen der Event-Horizon-Telescope-Kollaboration die Daten ihrer Beobachtungen des Schwarzen Lochs in M 87 ausgewertet und damit Albert Einsteins Relativitätstheorie überprüft. Den Tests zufolge stimmt die Größe des Schattens des Schwarzen Lochs sehr gut überein mit den Eigenschaften eines Schwarzen Lochs, wie es die Allgemeine Relativitätstheorie erwarten lässt.

Schwarzes Loch

Der Schatten des Schwarzen Loch von Messier 87. Bild: EHT-Kollaboration  [Großansicht]

 Wie der deutsche Astronom Karl Schwarzschild erstmals aufzeigte, krümmen Schwarze Löcher aufgrund ihrer extremen Konzentration an Masse die Raumzeit extrem stark und heizen die Materie in ihrer Umgebung auf, sodass diese zu leuchten beginnt. Der neuseeländische Physiker Roy Kerr konnte zeigen, dass Rotation die Größe eines Schwarzen Lochs und den Raum in seiner Umgebung ändert.

Den "Rand" eines Schwarzen Lochs stellt der sogenannte Ereignishorizont dar, die Grenze um die Massekonzentration herum, jenseits der Licht und Materie nicht entkommen können und die das Schwarze Loch schwarz macht. Schwarze Löcher können, so sagen Theorien es voraus, durch eine Reihe von Eigenschaften beschrieben werden, durch ihre Masse, Rotation ("Spin") und eine Vielzahl möglicher Ladungen.

Zusätzlich zur Beschreibung von Schwarzen Löchern nach der Allgemeinen Relativitätstheorie lassen sich Schwarze Löcher etwa mit Theorien beschreiben, die sich aus der String-Theorie herleiten. Diese Art von Theorien nimmt ein zusätzliches skalares Feld in der zugrundeliegenden Physik an, das bei Schwarzen Löchern zu beobachtbaren Veränderungen in ihrer Größe wie auch der Krümmung des Raums in ihrer Umgebung führt.

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Die Physiker Dr. Prashant Kocherlakota und Prof. Luciano Rezzolla vom Institut für Theoretische Physik der Goethe-Universität Frankfurt haben nun überprüft, wie die verschiedenen Theorien zu den Beobachtungsdaten des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M 87 passen. Das Bild von M 87, das 2019 von der weltumspannenden Event Horizon Telescope-Kollaboration gemacht wurde, war nach der Messung von Gravitationswellen 2015 der erste experimentelle Beweis für die tatsächliche Existenz von Schwarzen Löchern.

Das Ergebnis der Frankfurter Untersuchungen: Die Daten des Schwarzen Lochs in M 87 stimmen vollständig überein mit den auf Einstein basierenden Theorien und zu einem gewissen Teil mit den String-basierten Theorien. "Durch die von der Event Horizon Telescope-Kollaboration aufgezeichneten Daten können wir nun verschiedene Theorien zu Schwarzen Löchern testen", so Kocherlakota. "Derzeit können wir noch keine der Theorien zur Beschreibung des Schattens des Schwarzen Lochs von M 87 verwerfen, aber mit unseren Berechnungen schränken wir den Gültigkeitsraum der Modelle von Schwarzen Löchern ein."

"Die Idee eines Schwarzen Lochs ist für uns theoretische Physiker gleichzeitig eine Quelle von Problemen und der Inspiration", erläutert Rezzolla. "Während wir immer noch mit einigen der Konsequenzen von Schwarzen Löchern kämpfen, wie zum Beispiel den Phänomenen 'Ereignishorizont' oder 'Singularität', freuen wir uns, wenn wir Lösungen zur Beschreibung von Schwarzen Löchern in immer weiteren Theorien finden. Ergebnisse wie die jetzt von uns vorgestellten sind daher wichtig um zu bestimmen, welche Theorien plausibel sind und welche nicht. Neue Beobachtungen Schwarzer Löcher werden unsere ersten Eingrenzungen der Theorien weiter präzisieren."

In der Event-Horizon-Telescope-Kollaboration sind Teleskope von Observatorien rund um den Globus zu einem virtuellen Riesenteleskop zusammengeschaltet, dessen virtuelle Schüssel so groß ist wie die Erde selber. Über ihre Untersuchungen berichtet die Kollaboration in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Physical Review D erschienen ist.

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siehe auch
Event Horizon Telescope: Magnetfelder am Rand eines Schwarzen Lochs - 25. März 2021
Nordic Optical Telescope: Der verdrillte Jet von M 87 - 6. Juli 2020
Event Horizon Telescope: Der Schatten des Schwarzen Lochs von M87 - 10. April 2019
Links im WWW
Kocherlakota, P. et al. (EHT Collaboration) (2021): Constraints on black-hole charges with the 2017 EHT observations of M87*, Phys. Rev. D, 103, 104047
Universität Frankfurt
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