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Für das gewöhnliche Auge hinter galaktischen Gas und Staubwolken verborgen ermöglicht das NASA-Röntgenteleskops Chandra einen Blick auf das Schwarze Loch " M31*" im Zentrum der Andromeda-Galaxie vor (l.) und nach (r.) dessen Röntgenausstoß im Januar 2006 | Copyright: X-ray (NASA/CXC/SAO/li et al.), Optical (DSS)

Cambridge/ USA - In den vergangenen zehn Jahren hat das Röntgen-Weltraumteleskop "Chandra" der NASA wiederholt die unserer Milchstraße nächstgelegene Galaxie Andromenda zusammengenommen eine Million Sekunden lang Beobachtet. Die Datenmenge liefert den Wissenschaftlern jetzt eine bislang unerreichte Sicht auf das der Erde nächstgelegene Schwarze Loch außerhalb unserer Heimatgalaxie und lässt auch Rückschlüsse auf das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße zu.

Astronomen gehen davon aus, dass die meisten Galaxien in ihrem Zentrum ein Schwarzes Loch von der millionenfachen Masse unserer Sonne besitzen - auch unsere Milchstraße.

Da sich die Andromeda-Galaxie (auch bekannt als M31) nur rund drei Millionen Lichtjahre und damit nach kosmischen Maßstäben relativ nah von der Erde entfernt befindet, bietet sich den Astronomen die einmalige Gelegenheit ein Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie im Detail zu studieren.

Genau wie das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße, so verhält sich auch das Schwarze Loch von Andromeda, das als "M31*" bezeichnet wird, derzeit erstaunlich ruhig. Tatsächlich ist seine Röntgenstrahlung zwischen zehn und einhunderttausend Mal schwächer als Astronomen dies aufgrund der Gasmenge, die es umgibt, eigentlich erwarten würden.

"Beide Schwarzen Löcher, in Andromeda und in der Milchstraße, sind derzeit erstaunlich schwach", erläutert der Leiter der Studie, Zhiyuan Li vom "Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics" (CfA). "Diese beiden 'Anti-Quasare' stellen ideale Laboratorien für unsere Studien einiger der schwächsten Formen von Zuwachs dar, wie sie selbst in supermassereichen Schwarzen Löchern vorkommt."

Die zehn Jahre andauernde Untersuchung des Schwarzen Lochs der Andromeda-Galaxie belegt, dass dieses noch vor 2006 sehr schwach und ruhig war. Dann jedoch, am 6. Januar 2006, wurde M31* plötzlich mehr als einhundert Mal heller. Ein Phänomen, welches die Wissenschaftler mit einem besonders starken Ausstoß an Röntgenstrahlung erklären. Hierbei handelte es sich um das erste derartige Ereignis, das anhand eines supermassereichen Schwarzen Lochs im nahen lokalen Universum beobachtet werden konnte.

Nach diesem unerwarteten Ausbruch, ging das schwarze Loch zwar wieder in einen ruhigen Zustand über, blieb aber weiterhin durchschnittlich rund zehn Mal heller als vor 2006 (s. Abb. o.). Der beobachtete Ausbruch legt nahe, dass damals eine relativ große Menge an Materie in das schwarze Loch gestürzt war, gefolgt von weniger aber dennoch signifikanten Mengen.

"Wir haben eine Reihe von Ideen darüber, was damals in der direkten Umgebung des Schwarzen Lochs in Andromeda vor sich ging. Tatsächlich aber ist es so, dass wir bis heute die Details immer noch nicht kennen", erläutert die an der Studie beteiligte CfA-Astronomin Christine Jones.

Die Helligkeitszunahme seit 2006 könnte davon verursacht worden sein, dass das Schwarze Loch Winde eines ihm umkreisenden Sterns oder eine gewaltige Gaswolke eingefangen hatte, die nach und nach spiralartig von ihm angezogen wurde. Was genau 2006 zu dem Anstieg der Röntgenhelligkeit geführt hat, ist größtenteils immer noch unklar. Es könnte auch mit einem plötzlichen Ausstoß von Energie zu tun haben, die beim Zusammenstoß gewaltiger magnetischer Felder im direkten Umfeld des Schwarzen Lochs erzeugt wurde.

"Herauszufinden, was genau damals in der Andromeda-Galaxie vor sich ging, ist von besonderer Wichtigkeit, da der Zuwachs von Materie eines Schwarzen Lochs zu den fundamentalsten Prozessen gehört, welche die Evolution von Galaxien bestimmen", so Li, der die Ergebnisse der Studie auf dem 216. Jahrestreffen der "American Astronomical Society" (AAS) in Miami präsentierte.

Die Ergebnisse legen nahe, dass das ebenfalls schwache aber launische Verhalten des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße typisch für derzeitige supermassereiche Schwarze Löcher ist.

Gegenüber "grenzwissenschaft-aktuell.de" verweist der Leiter der Studie, Zhiyuan Li, auf die Tatsache, dass es tatsächlich auch Hinweise auf einen ähnlich gewaltigen Ausstoß des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße zuletzt beispielsweise vor rund 50 Jahren gibt, wie er bereits in ähnlicher Form zu beobachten gewesen wäre, wenn Astronomen damals schon Röntgenteleskope gehabt hätten.


Röntgenblick durch das Chandra-Weltraumteleskop der NASA auf das Zentrum der Milchstraße mit dem Schwarzen Loch Sagittarius A* im Zentrum (o.). Die kleinen Abbildungen (u.) zeigen die eingekreisten Regionen in der Detailvergrößerung. Während dreier Beobachtungen (2002, 2004 und 2005) wurden hier deutliche Veränderungen in Form und Helligkeit der Gaswolken sichtbar, wie sie mit den theoretischen Vorhersagen für ein Lichtecho übereinstimmen, dass von Sagittarius A* erzeugt wurde. | Copyright: NASA/CXC/Caltech/M.Muno et al.

Auch gebe es Hinweise auf mächtige Ausstöße einige hundert Jahre zuvor. Da sich das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie befindet und von Staub und Gas umgeben ist, wären diese Ausbrüche aber nicht mit bloßem Auge zu erkennen gewesen.

"Tatsächlich orten Astronomen derartige Ausstöße des Schwarzen Loch der Milchstraße (Sagittarius A*) fast täglich und sie werden nicht nur im Röntgen-, sondern auch im Radio- und Infrarotspektrum gemessen." Laut Li sind derartige Ereignisse für die Erde und das Leben darauf allerdings ungefährlich.

Aus: http://grenzwissenschaft-aktuell.blogspo...ntdeckt_15.html

Dienstag, 16. November 2010
Weltraumteleskop Chandra entdeckt jüngstes nahes Schwarzes Loch:


Cambridge/ USA - Seit der Ankündigung der Entdeckung eines "ungewöhnliches Objekt in unserer kosmischen Nachbarschaft" wurde besonders im Internet hitzig darüber spekuliert, um was für ein Objekt es sich dabei handeln könnte. Auf der angekündigten Pressekonferenz haben NASA-Astronomen das Geheimnis nun gelüftet: Mit dem Weltraumteleskop "Chandra" haben sie Beweise für das bislang jüngste Schwarze Loch in unserer "kosmischen Nachbarschaft" gefunden. Gerade einmal 30 Jahre alt, bietet das junge Schwarze Loch nun ideale Bedingungen der Beobachtung der Entwicklung derart junger Schwarzer Löcher.

Von dieser Beobachtung erhoffen sich Astronomen ein besseres Verständnis drüber, wie Riesensterne Explodieren, welche davon Schwarze Löcher und welche Neutronensterne hinterlassen aber auch über die Anzahl von Schwarzen Löchern in unserer und fernen Galaxien.

Das gerade einmal 30 Jahre alte Objekt ist das Überbleibsel der Supernova "SN 1978C" in der Galaxie M100, die gerade einmal rund 50 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Daten der NASA-Satellitenobservatorien "Chandra", "Swift", des europäischen Observatorium "XMM-Newton" und des deutschen "ROSAT"-Observatoriums zeigten an dessen Stelle schon zuvor eine helle Quelle von Röntgenstrahlen, wie sie sich zwischen 1996 und 2007 nicht verändert hatte. Dieser Umstand legt nahe, dass es sich um ein Schwarzes Loch handelt, welches entweder von Restmaterial der Sternenexplosion "SN 1978C" oder von einem binären Begleiter dieses einstigen Sterns gespeist wird.

"Wenn unsere Interpretation der Daten korrekt ist, so handelt es sich um das der Erde nächstgelegene Exemplar eines Schwarzen Lochs dessen Geburt beobachtet werden konnte", erläutert der die Studie leitende Wissenschaftler Daniel Patnaude vom "Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics" in Cambridge.

Die Forscher nehmen an, dass die 1979 von einem Amateurastronom entdeckte Supernova "SN 1979C" entstand, als ein Stern von der etwa 20-fachen Masse unserer Sonne kollabierte. Schon zuvor konnten zahlreiche neue bzw. junge Schwarze Löcher anhand ihrer Gammastrahlenausbrüche (GRBs) entdeckt werden. "SN 1979C" unterscheidet sich jedoch von diesen, da es unserem Sonnensystem wesentlich näher gelegen ist und zu einer Klasse von Supernovae zählt, die nicht mit GBRs einhergehen. Eine Theorie sagt voraus, dass die meisten Schwarzen Löcher im Universum dann entstehen, wenn der Kern eines Sterns kollabiert dabei aber keine GRBs entstehen. "Es könnte sich also um das erste Mal handeln, dass die Entstehung eines normalen Schwarzen Lochs beobachtet werden konnte", erklärt Abraham Loeb, ebenfalls vom "Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics". "Allerdings ist es sehr schwer, die Geburt dieser Kategorie von Schwarzen Löchern zu beobachten, da jahrzehntelange Röntgenbeobachtungen notwendig sind, um sie zu identifizieren.

Auch wenn die Beweise für ein erst kürzlich entstandenes Schwarzes Loch sprechen, könnte es sich aber auch um einen ebenso jungen und schnell rotierenden Neutronenstern (Pulsar) mit mächtigen Partikelwinden handeln, wie sie für die Röntgenstrahlung verantwortlich sein könnten.



In einem solchen Fall würde es sich bei dem Objekt in "SN 1979C" um das jüngste und hellste Beispiel eines sogenannten " Pulsarwind-Nebels" um dem jüngsten bislang bekannten Neutronenstern handeln. Das bislang jüngste und bekannteste Beispiel ist der Pulsar im Krebsnebel mit einem Alter von rund 960 Jahren.



Kombination von Röntgen- und optischen Aufnahmen der Galaxie "M100" mit der Supernova "SN 1979C" (s. Pfeil) | Copyright: Röntgen: NASA/CXC/SAO/D.Patnaude et al, Optisch: ESO/VLT, Infrared: NASA/JPL/Caltech

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Filmszene aus „Interstellar“: Irdisches Raumschiff beim Anflug auf einen Planeten, der ein Schwarzes Loch umkreist. (Illu.)
Copyright: Paramount/Warner Brothers/The Kobal Collection
Olomouc (Tschechien) – Für diejenigen, die den Film „Interstellar“ nicht gesehen haben, dürfte das Konzept von Planeten, die statt einer Sonne ein Schwarzes Loch umkreisen, zunächst bizarr klingen. Tatsächlich halten Astrophysiker solche Systeme nicht nur für möglich, sondern haben nun auch berechnet, dass einige derartiger Planeten sogar Leben hervorbringen und erhalten könnten.

Während ein Schwarzes Loch meist als unersättlich gefräßiger Staubsauger angesehen wird, dessen unvorstellbar großer Schwerkraft nicht einmal das Licht entkommen kann, haben tschechische Wissenschaftler um Tomás Opatrný von der Univerzita Palackého v Olomouci, nun ein Phänomen beschrieben, wie Planeten, die ein Schwarzes Loch genau entfernt genug umkreisen, um zwar gravitativ an dieses gebunden, nicht aber davon verschlugen zu werden, lebensfreundliche Bedingungen aufweisen könnten.

Wie die Forscher aktuell vorab auf „ArXiv.org“ beschreiben, handelt es sich dabei um einen bizarren thermodynamischen Effekt, der genau entgegengesetzt zu jenem Effekt funktioniert, dem unsere Erde aufgrund der Wärmeabstrahlung unserer Sonne unterworfen ist.

Es ist das zweite Gesetz der Thermodynamik, laut dem das Leben (wie wir es von der Erde kennen) einen Temperaturunterschied benötigt, um eine nutzbare Energiequelle zur Verfügung zu haben. Kurz: Der Temperaturunterschied zwischen unserer Sonne und dem Vakuum des Weltraums sorgt auf der Erde für die lebensfreundlichen Bedingungen.

Was aber, wenn sich dieses Prinzip umkehrt und die „Sonne“ – wie in diesem Fall ein Schwarzes Loch – kalt und damit sozusagen von einem „heißen Himmel“ umgeben ist? Auf Planeten um ein Schwarzes Loch, wäre genau dies der Fall.

Zunächst gilt es mit der Vorstellung aufzuräumen, dass ein Schwarzes Loch am Himmel eines solchen Planeten auch tatsächlich ähnlich einer dunklen oder gar schwarzen Sonne erscheinen würde. Denn trotz ihrer Bezeichnung erscheinen Schwarze Löcher alles andere als schwarz und gehören hingegen sogar zu den hellsten Objekten im Universum. Der Grund hierfür liegt in der gewaltigen Menge an Gasen und Materie, die fortwährend in das Schwarze Loch stürzten und dabei extrem erhitzt werden, während es auf diese Weise weiterhin anwächst.

Ist ein Schwarzes Loch jedoch gesättigt, so weist es nahezu keinerlei Temperatur mehr auf und entlässt nun sogar eine Art Nieselregen geladener Teilchen – die sogenannte Hawking-Strahlung. Auf diese Weise, so erläutern die Forscher, könnte also ein gesättigtes Schwarzes Loch als eine Art „kalter Sonne“ fungieren. Allerdings benötige es hierzu auch wirklich alte Schwarze Löcher, die ihre Umgebung derart gesäubert haben, dass nichts mehr da ist, wovon es sich weiterhin „ernähren“ könnte.

Im Vergleich zur Temperatur eines solchen Objekts, wäre das diese „Sonne“ umgebende Universum mit durchschnittlich minus 270 Grad Celsius noch vergleichsweise mild, da es von der kosmischen Hintergrundstrahlung als Überbleibsel des Urknalls erwärmt wird.

In ihrer Studie haben die Forscher um Opatrný nun errechnet, dass ein erdgroßer Planet, der ein derart gesättigtes Schwarzes Loch von vergleichbarer Größe unserer Sonne umkreist, durch den beschriebenen Effekt rund 900 Watt an nutzbarer Energie aufgrund des beschriebenen Temperaturunterschieds extrahieren könnte. Dies wäre dann zumindest genug, um Leben auf dem Planeten zu ermöglichen.

Zugleich haben die Forscher aber auch errechnet, dass diese Energiemenge wohl nicht ausreichen würde, um auch komplexeres Leben, geschweige denn eine Zivilisation entstehen und fortbestehen zu lassen.

Allerdings hatten schon zuvor Forscher wie Avi Loeb von der Harvard University aufgezeigt, dass die Hintergrundtemperatur des noch jungen Universums (noch 15 Millionen Jahre nach dem Urknall) mit etwa 27 Grad Celsius einst deutlich wärmer war als heute. Bei entsprechenden Temperaturen, hätte dann ein Planet um ein Schwarzes Loch rund 130 Gigawatt an Energie von seiner „kalten Sonne“ abbekommen – also den etwa millionsten Teil dessen, was unsere Erde von der Sonne erhält. Das wiederum wäre ausreichend, um auch komplexes Leben und auch potentiell eine Zivilisation zu versorgen. Die Forscher stellen jedoch zugleich in Frage, ob die derart benötigten Bedingungen lange genug angedauert haben, als dass eine Zivilisation auch hätte entstehen können, um die vorhandene Energiequelle auch zu nutzen.


Ein Schwarzes Loch als „kalte Sonne“ eines Planeten. (Filmszene aus „Interstellar“.)
Copyright: Paramount/Warner Brothers/The Kobal Collection

Auf der Suche nach noch mehr Energie, nahm sich das Team um Tomás Opatrný den Film „Interstellar“ zum Vorbild, in dem ein erdartiger Planet ein gewaltiges Schwarzes Loch (Gargantua) vergleichsweise nahe umkreist (s. Abb.). Aufgrund der Allgemeinen Relativitätstheorie würde ein solches Schwarzes Loch derart an dem Planeten ziehen, dass eine Erdenstunde sieben dortigen Jahren – also einem Zeitverzerrungsfaktor von 60.000 – entsprechen würde . „Wir haben uns dieses Film angesehen und fanden, dass das eine wirklich interessante Idee war“, zitiert der „New Scientist“ Opatrný. „Doch dann haben wir bemerkt, dass sich daraus auch einige Probleme ergeben.“

Da die Energie von Licht sich proportional zu seiner Frequenz verhält, würde das Licht der kosmischen Hintergrundstrahlung, das den Interstellar-Planeten trifft und dessen Frequenz zugleich auch dessen Energie ausdehnen: „Mit einem Zeitausdehnungsfaktor von rund 60.000 würde der Interstellar-Planet auf nahezu 900 Grad Celsius erhitzt.“ Und während der Film-Planet von gewaltigen Gezeiten und davon hervorgerufenen gewaltigen Wasserwellen heimgesucht wird, vermuten die tschechischen Wissenschaftler, dass Riesenwellen aus geschmolzenem Aluminiums wesentlich wahrscheinlicher wären.

Um den Interstellar-Planeten lebensfreundlicher zu gestalten, müsste dieser sein Schwarzes Loch etwas weiter entfernt umkreisen. Dadurch würde sich dann auch die Auswirkung der Zweitausdehnung deutlich verringern, wodurch der Planet wesentlich lebensfreundlicher wäre.

Während auch Loeb gegenüber dem „New Scientist“ die theoretische Vorstellung lebensfreundlicher Planeten unter einer kalten Sonne und einem heißen Himmel für interessant hält, zeigt er sich jedoch wenig überzeugt davon, dass es in dem uns bekannten Universum tatsächlich zu derartigen Bedingungen und Konstellationen kommen könnte: „Es gibt immer irgendwelche Materie, die weiterhin in ein Schwarzes Loch stürzt. Eine, wie von den tschechischen Forschern beschriebene, „Black Hole Sun“ würde also wahrscheinlich schlichtweg nicht lange genug ‚kalt‘ bleiben, um Leben hervorbringen zu können.“

Zudem wird es – im besten Fall – noch mindesten 100 Trillionen Jahre dauern, bis alle wirklichen Sonnen, also Sterne, erloschen sind und sich das Leben nach Planeten um Schwarze Löcher umschauen muss. Bis dahin werden sich wahrscheinlich noch eine Vielzahl einfacherer Wege der Nutzung kosmischer Energieressourcen aufzeigen, als die „kalter Sonnen“.

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Künstlerische Darstellung einer Reise in ein Wurmloch (Illu).
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Lissabon (Portugal) – Portugiesische Physiker zeigen, dass und wie ein Raumschiff in ein Wurmloch im Zentrum eines Schwarzen Lochs eintreten, durch dieses hindurchreisen und auf der anderen Seite ein damit möglicherweise verbundene Galaxie erreichen könnte.

Wie die Forscher um Diego Rubiera-Garcia von der Universidade de Lisboa aktuell im Fachjournal „Classical and Quantum Gravity“ (DOI: 10.1088/0264-9381/33/11/115007) berichten, haben sie mit Hilfe von Computerberechnungen simuliert, was a) mit einem gewöhnlichen Stuhl, b) mit einem Wissenschaftler und c) mit einem Raumschiff passieren würde, die in ein im Zentrum eines Schwarzen Loch befindliches Wurmloch – also sozusagen eine Abkürzung durch den Raum – eintreten würden. Den Forschern ging es dabei um die Beantwortung grundlegender Fragen zum Verhältnis zwischen Gravitation und der ihr unterliegenden Struktur der Raum-Zeit.

Laut Einsteins Relativitätstheorie befindet sich um Zentrum eines Schwarzen Lochs mit der sogenannten Singularität jener Punkt, an dem die Gravitationskräfte so stark wirken und dadurch Zeit und Raum enden. Wenn nun ein Objekt mit dem sogenannten Ereignishorizont (Event Horizon) jene Grenze überschreitet, nach der es der Anziehungskraft des Schwarzen Lochs nicht mehr entkommen kann, würde es auf der einen Seite extrem auseinandergezogen und auf der anderen gestaucht. Bliebe ein Objekt lange genug intakt, um das Zentrum des Schwarzen Lochs zu erreichen, so wäre es unendlich lang und dünn. Ob es sich jedoch tatsächlich genau so verhält und es besagte Singularität im Zentrum Schwarzer Löcher überhaupt gibt, ist Inhalt zahlreicher kontroverser Debatten und Gedankenspiele.

Vor diesem Hintergrund stellte das Team um Garcia seine Simulationen nun auf der Grundlage der Vorstellung auf, dass sich im Zentrum eines Schwarzen Lochs gar keine Singularität gibt: „An ihrer Stelle müsste sich dann eigentlich ein sogenanntes Wurmloch befinden dessen Radius begrenzt ist“, so der Physiker,

Besagter Stuhl, Wissenschaftler und Raumschiff wurden dann am Computer durch eine Reihe ihrer physikalischen Eigenschaften und möglichen chemischen Reaktionen, die sie als Objekte zusammenhalten, als auf einem Pfad durch die Raum-Zeit frei fallender sog. „Beobachter“ simuliert.

„Jedes Teilchen eines solchen Beobachters folgt dieser sogenannte geodätischen Linie, wie sie vom Gravitationsfeld (des Schwarzen Lochs) beschrieben wird“, so Rubeira-Gracia, „spürt dabei aber jeweils eine leichte Variation dieser Schwerkraftwirkung auf den verschiedenen Seiten.“

In ihrem Artikel erläutern die Forscher sodann weiter, dass im Falle eines Wurmlochs mit begrenztem Radius ein in dieses hineingeratener „Beobachter“ zwar die Schwerkraftwirkung des das Wurmloch umgebenden Schwarzen Lochs spüren würde, dass aber dieser „Beobachter“ nie stärker als der begrenzte Radius des Wurmlochs zusammengedrückt werde. Kurz: „Ein Objekt könnte also tatsächlich die Reise durch ein solches Wurmloch überstehen und es bis zu dessen gegenüberliegendem Ausgang schaffen – allerdings auf die jeweilige Größe des Wurmlochs zusammengestaucht.

„Aus der Sicht eines theoretischen Physikers betrachtet, ist das Leiden des Beobachters vertretbar (das ist eben der Job eines Experimentators), die gänzliche Zerstörung des Beobachters jedoch nicht.“

Bis zur tatsächlichen Gewissheit, was im Innern Schwarzer Löcher wirklich vor sicht geht, bleibt zwar auch die Simulation von Rubeira-Garcia und Kollegen, reine theoretische Spekulation. Aber sie zeigt immerhin schon jetzt, dass Schwarze Löcher nicht zwangsläufig jene allesfressenden Todesfallen sein müssen, als die sie immer dargestellt werden, resümiert ScienceAlert.com die Arbeit der Wissenschaftler.

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