https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...s-loch20220505/

Data Sonifikation: So klingt ein Schwarzes Loch:


Der Perseus-Galaxienhaufen mit der markierten Region des Schwarzen Lochs in einer Aufnahme des Röntgen-Weltraumteleskops „Chandra“.
Copyright: NASA / chandra.harvard.edu

Washington (USA) – Schon 2003 haben NASA-Wissenschaftler Klänge mit einem Schwarzen Loch im Zentrum des Perseus-Galaxienhaufens identifiziert. Möglich wird dies durch die Umsetzung von für uns Menschen eigentlich nicht hörbaren, von heißen Gasen des Schwarzen Lochs verursachten Druckwellen, die mittels der sog. Daten-Sonifikation in Musiknoten umgewandelt werden.
Wie die US-Raumfahrtbehörde NASA berichtet, konnten anhand des Schwarzen Lochs im Zentrum des Perseus-Galaxienhaufens (S. Abb. o.) zahlreiche Töne identifiziert werden, von denen die meisten jedoch für das menschliche Ohr nicht hörbar sind, da einige davon 57 Oktaven unterhalb des mittleren C’s liegen. Die Daten selbst stammen vom Röntgen-Weltraumobservatorium „Chandra“.

“Tatsächlich ist es ein populäres Missverständnis, dass der Weltraum still ist („Im Weltraum hört dich niemand schreien“, Alien 1979). Diese Vorstellung basiert darauf, dass der Großteil des freien Weltraums ein Vakuum darstellt, in dem sich Schall – und damit Töne und Klänge – nicht fortsetzen können“, so die NASA-Pressemitteilung. „Innerhalb von Galaxienhaufen gibt es aber unvorstellbar große Mengen an Gasen und damit auch ein Medium, durch das Schallwellen reisen können.“

Die nun in Perseus ermittelten Klangwellen wurden radial extrahiert – also vom Zentrum der Galaxie nach außen gemessen. „Die Signale wurden dann re-synthetisiert, um 57 und 58 Oktaven erhöht, um sie so auch für das menschliche Ohr hörbar zu machen. Auf diese Weise sind die nun um das bis zu 288-Billiardenfache höher als ihre ursprüngliche Frequenz.“ Im folgenden Video zeigt ein Radar-artig umlaufender Zeiger, von welchen Orten, die die Wellen in unterschiedlichen Richtungen ausgehen. Das visuelle Bild der Perseus-Galaxie basiert ebenfalls auf den Chandra-Daten im blauen und violetten Farbspektrum.

https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...dienen20190114/

Physiker: „Rotierende Schwarze Löcher könnten als sanfte Portale für die Hyperraumfahrt dienen“:


Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs (Illu.). Copyright CC 0


– Bei der folgenden Übersetzung des englischen Originalartikels handelt es sich um eine vom Autor selbst nicht eigens autorisierte Übersetzung durch „Grenzwissenschaft-Aktuell.de“ (GreWi). GreWi gibt trotz großer Sorgfalt bei der Übersetzung keine Gewähr für eine allseits korrekte Übersetzung. Bitte bemühen und verweisen Sie bei einer eigenen Nutzung des Artikels stets auf das englische Original: „Rotating black holes may serve as gentle portals for hyperspace travel“, das von Prof. Gaurav Khanna (s. Abb. l.), Professor of Physics an der University of Massachusetts Dartmouth für das Portal „The Conversation“ verfasst und hier unter der „Creative Commons licence“ veröffentlicht wurde – also kostenfrei und von jedermann genutzt werden darf.

Eines der beliebtesten Science-Fiction-Szenarien ist die Nutzung eines Schwarzen Lochs als Portal in eine andere Dimension, Zeit oder in ein anderes Universum. Diese Fantasie könnte der Realität tatsächlich sehr viel näher kommen, als bislang gedacht.

Schwarze Löcher sind vielleicht die geheimnisvollsten Objekte im Universum. Sie sind die Folge der Schwerkraft, die einen sterbenden Stern vollständig zerquetscht und zur Bildung einer wahren Singularität führt. Dies geschieht, wenn ein ganzer Stern auf einen einzigen Punkt zusammengedrückt wird und so ein Objekt mit nahezu unendlicher Dichte entsteht.

Diese dichte und heiße Singularität schlägt dann ein Loch in die Struktur der Raum-Zeit selbst und eröffnet so möglicherweise eine Möglichkeit für eine Hyperraumreise – also eine Abkürzung durch Raum-Zeit, die es uns ermöglichen würde, in kurzer Zeit über gewaltige kosmische Entfernungen hinweg zu reisen.

Bislang gingen Wissenschaftler davon aus, dass jedes Raumschiff, das versucht, ein Schwarzes Loch als ein derartiges Portal zu nutzen, mit dem Schlimmsten rechnen müsste: Die heiße und dichte Singularität würde dazu führen, dass das Raumschiff eine Reihe von immer stärkeren Gezeitendehnungen und -quetschungen durchlaufen, bevor es schließlich vollständig verdampft würde.

Mein Team von der University of Massachusetts Dartmouth und ein Kollege vom Georgia Gwinnett College haben nun aber gezeigt, dass nicht alle Schwarzen Löcher gleich sind: Wenn das Schwarze Loch wie Sagittarius A*, das sich im Zentrum unserer eigenen Galaxie befindet, groß genug ist und rotiert, so ändert sich die Perspektive für ein sich ihm näherndes Raumschiff dramatisch. Denn die Singularität, mit der ein Raumschiff zu kämpfen hätte, wäre dann eher sanft und könnte so eine sogar vergleichsweise friedliche Passage ermöglichen.

Der Grund dafür ist, dass eine solche Singularität innerhalb eines rotierenden Schwarzen Lochs technisch betrachtet “schwach” ist und somit Objekte, die mit ihm interagieren, nicht schädigen würde.

Auf den ersten Blick mag diese Tatsache dem physikalischen Bild Schwarzer Löcher und ihrer Eigenschaften wiedersprechen. Aber man kann es sich als analog zu der üblichen Erfahrung vorstellen, den Finger schnell durch eine Kerzenflamme zu führen, ohne sich – trotz einer Temperatur von etwa 1.400 Grad – dabei zu verbrennen.

Mein Kollege Lior Burko und ich untersuchen seit über zwei Jahrzehnten die Physik von Schwarzen Löchern. 2016 machte sich meine Doktorandin Caroline Mallary, inspiriert von Christopher Nolans Blockbuster-Film “Interstellar”, an die Arbeit um zu untersuchen, ob Cooper (gespielt von Matthew McConaugheys), seinen Sturz tief in “Gargantua” überstehen könnte – ein fiktives, supermassives, schnell rotierendes Schwarzes Loch, das etwa 100 Millionen Mal so größer sein sollte als unsere Sonne.

Der Film “Interstellar” basiert auf einem Buch des Nobelpreisträgers Kip Thorne und Gargantuas physikalische Eigenschaften sind von zentraler Bedeutung für die Handlung dieses Hollywood-Films.


Das fiktive Schwarzes Loch „Gargantua“ (Filmszene aus “Interstellar”.)
Copyright: Paramount/Warner Brothers/The Kobal Collection

Aufbauend auf der Arbeit der Physikerin Amos Ori zwei Jahrzehnte zuvor und unterstützt von enormer Computer-Rechenleistung, erstellte Mallary ein Computermodell, das die meisten der wesentlichen physikalischen Auswirkungen auf ein Raumschiff oder ein großes Objekt erfassen würde, das in ein großes, rotierendes Schwarzes Loch wie Sagittarius A* fällt.

Sie entdeckte, dass ein Objekt, das in ein rotierendes Schwarzes Loch fällt, unter allen Bedingungen keine unendlich großen Auswirkungen beim Durchgang durch die sogenannte innere Horizontsignularität des Lochs erfahren würde.

Diese beschreibt jene Singularität, der ein Objekt, das in ein sich rotierende Schwarzes Loch eindringt, nicht ausweichen oder diese vermeiden kann.

Die Auswirkungen auf das Objekt wären also unter den richtigen Umständen nicht nur vernachlässigbar klein, sondern würden sogar einen geradezu bequemen Übergang durch die Singularität ermöglichen.

Zum Thema

Tatsächlich sollten keine spürbaren Auswirkungen auf das einfallende Objekt auftreten, was die Machbarkeit, große, rotierende schwarze Löcher als Portale für die Hyperraumfahrt zu nutzen, erhöht.

Mallary entdeckte auch ein Merkmal, das vorher nicht wirklich beachtet wurde: Nämlich die Tatsache, dass die Auswirkungen der Singularität im Zusammenhang mit einem rotierenden Schwarzen Loch zwar zu schnell zunehmenden Zyklen des Streckens und Quetschens auf die Raumfahrzeuge führen würden. Aber für sehr große Schwarze Löcher wie Gargantua wäre die Stärke dieses Effekts sehr gering. Das Raumschiff und alle anderen Personen an Bord würden es also nicht bemerken.

Zwar nimmt die physikalische Belastung eines Raumfahrzeugs, wenn es in ein Schwarzes Loch eindringt, zwar dramatisch zu – wächst aber nicht unbegrenzt. (Khanna/UMassD), weshalb es die Reise überstehen kann.


Diese Grafik zeigt die physikalische Belastung eines angenommenen Stahlrahmens des Raumfahrzeugs, wenn es in ein rotierendes Schwarzes Loch fällt. Der Ausschnitt zeigt eine detaillierte Vergrößerung für sehr späte Zeiten. Wichtig ist zu beachten, dass die Dehnung in der Nähe des Schwarzen Lochs dramatisch zunimmt, aber nicht unbegrenzt wächst. Daher können das Raumschiff und seine Bewohner die Reise überleben.
Copyright: Khanna/UMassD

Der entscheidende Punkt ist hier, dass diese Auswirkungen nicht ohne Bindung zunehmen, sondern endlich bleiben, auch wenn die Belastungen für die Raumsonde tendenziell unbegrenzt wachsen, wenn sie sich dem Schwarzen Loch nähert.

Es gibt allerdings einige wichtige vereinfachende Annahmen und daraus resultierende Einschränkungen im Kontext von Mallarys Modell: Die Hauptannahme in ihren Modellen ist die, dass das betrachtete Schwarze Loch vollständig isoliert ist und somit keinen ständigen Störungen durch eine Quelle wie einen anderen Stern in seiner Nähe oder gar einer fallenden Strahlung ausgesetzt ist.

Obwohl diese Annahme wichtige Vereinfachungen zulässt, ist es wichtig anzumerken, dass die meisten Schwarzen Löcher von kosmischem Material umgeben sind: Staub, Gas, Strahlung. Daher wäre eine nützliche Erweiterung von Mallarys Arbeit, eine ähnliche Studie im Kontext eines realistischeren astrophysikalischen Schwarzen Lochs durchzuführen.

Mallarys Ansatz, mit einer Computersimulation die Auswirkungen eines Schwarzen Lochs auf ein Objekt zu untersuchen, ist im Bereich der Schwarz-Loch-Physik sehr verbreitet.

Es ist natürlich nicht nötig zu erwähnen, dass wir derzeit noch nicht die Fähigkeit haben, reale Experimente in oder in der Nähe von Schwarzen Löchern durchzuführen, so dass Wissenschaftler auf Theorie und Simulationen zurückgreifen müssen, um ein Verständnis zu entwickeln, indem sie Vorhersagen und neue Entdeckungen machen.

© Gaurav Khanna / TheConversation.com / Creative Commons license

Zur Entdeckung des geheimnisvollen Schwarzen Lochs:
https://archive.org/details/modysee-zur-...schwarzen-lochs

https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...vitaet20190815/

Sagittarius A* – Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße zeigt unerwartete Aktivität:


Aufnahmen vom 13. Mai 2019 zeigen zunächst das für gewöhnlich wenig aktive Schwarze Loch Sagittarius A* im Zentrum der Milchstraße (l.) und dann plötzlich einen deutlichen Helligkeitsanstieg (r.).
Copyright/Quelle: Do et al. 2019 (UCLA)
Los Angeles (USA) – Auch im Zentrum unserer Milchstraße herrscht ein gewaltiges Schwarzes Loch, das jedoch aufgrund seiner vergleichsweise geringen Aktivität gerne als derzeit „schlafendes Monster“ beschrieben wird. Aktuell rätseln Astrophysiker jedoch über einen ungewöhnlich Anstieg der Helligkeit des als Sagittarius A* bezeichneten Schwarzen Lochs im vergangenen Mai um das 75-fache.

Sagittarius A* ist 4,6 Millionen mal schwerer als unsere Sonne, deren Masse die unseres eigenen Heimatplaneten selbst um das 332.946-fache überwiegt. Wie das Team um Tuan Do von der University of California in Los Angeles vorab via ArXiv.org und aktuell im Fachjournal „Astrophysical Journal Letters“ (DOI: berichtete), beobachteten sie am 13. Mai 2019 mit dem Keck-Teleskop einen 75-fachen Anstieg der Helligkeit im nahen Infrarotbereich des Schwarzen Lochs innerhalb von nur wenigen Stunden.

Tatsächlich beobachten Astronomen und Astrophysiker das als „Sgr. A*” abgekürzte Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße schon seit rund 20 Jahren und habe dabei immer wieder eine gewisse Variabilität in dessen Helligkeit beobachten können. Doch so hell wie aktuell Mitte Mai 2019 hatte sich die Aktivität noch nie abgezeichnet, lag sie doch um das Doppelte über dem bisherigen Rekord.

Die Helligkeitszunahme war derart stark, dass die Astronomen um Do zunächst glaubten, einen das Schwarze Loch eng umkreisenden Stern (SO-2) zu beobachten, dessen Umrundung des Schwarzen Lochs schon seit Jahren mit Interesse verfolgt wird (…GreWi berichtete).

Was zum Helligkeits- und damit Aktivitätsausbruch von Sgr. A* geführt hat, darüber rätseln Astrophysiker nun:

– Zum einen könnte es sein, dass irgendetwas das sonst eher ruhige direkte Umfeld des Schwarzen Loch gestörte hatte. Das könnte dann darauf hindeuten, dass unsere bisherigen Modelle des Schwarzen Lochs und seiner Umgebung falsch sind oder zumindest aktualisiert werden müssten.

– Zum anderen könnte sich etwas im direkten Umfeld des Schwarzen Lochs selbst dramatisch verändert haben – etwa der bereits genannte Stern SO-2. Dieser nähert sich dem Schwarzen Loch alle 16 Jahre bis auf weniger als 20 Lichtsunden. Aktuell könnte also diese Annäherung den Materiefluss vom Stern in Richtung des Schwarzen Loch gestört haben. Da SO-2 aber kein besonders großer Stern ist, zweifeln die Forscher selbst an dieser Erklärung. Da es sich bei SO-2 aber zugleich um den größten aller das Schwarze Loch dicht umkreisenden Sterne handelt, glauben die Forscher auch nicht, dass einer der anderen dieser Sterne als Erklärung in Frage kommt.

– Alternativ könnte eine Gaswolke den Helligkeitsanstieg Sgr. A* erklären. Erst 2002 hatten Astronomen ein Objekt entdeckt, das sie 2011/12 dann als eine Wasserstoffwolke identifizierten, die sich sozusagen im Anflug an das Schwarze Loch befand und nannten diese Wolke „G2“ (…GreWi berichtete 1, 2).


Simulation der beobachteten Gaswolke auf ihrem Weg in Richtung des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße (Illu.).
Copyright: Marc Schartmann u. L. Calcada/ European Southern Observatory und Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik

Während Astronomen damals erwartet hatten, dass das Gas aus G2 in die Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch gezogen und dabei hell aufleuchten würde, konnte dieses Aufleuchten nicht wie vorherberechnet beobachtet werden. Tatsächlich könnte es sich beim Aufleuchten von Sgr. A* Mitte Mai nun um eben dieses verspätete Aufleuchten handeln.

Zuletzt könnte es sich aber auch um eine ganz natürliche Variabilität in der normalen Aktivität, also des Materieflusses in das Schwarze Loch handeln, dessen Zusammensetzung selbst von Astrophysikern immer wieder als möglicherweise auch klumpig beschrieben wurde.

Weitere Beobachtungen werden also nötig sein, um das Rätsel um das plötzliche Aufflackern unseres Schwarzen Lochs erklären zu können…

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https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...s-loch20190926/

NASA visualisiert die verzerrte Welt um ein Schwarzes Loch:


Visualisierung der Akkretionsscheibe um ein Schwarzes Loch
Copyright: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman
Greenbelt (USA) – NASA-Wissenschaftler haben eine neue Visualisierung der Ansicht eines Schwarzen Lochs bzw. dessen Ereignis Horizonts veröffentlicht. Diese zeigt, wie stark und exotisch die gewaltige Schwerkraft dieser Objekte ihre direkte Umgebung verzerrt.

UPDATE: Cineasten dürfte die hier gezeigte NASA-Visualisierung des Schwarzen Lochs nicht ganz unbekannt erscheinen. Tatsächlich gleicht sie nicht nur der Darstellung des Schwarzen Lochs in dem Kinofilm “Interstellar”, sondern basiert in Teilen wohl auch auf der Arbeit der am Film beteiligten Wissenschaftler um den Physiker Kip Thorne. Einen aufschlussreichen Artikel hierzu finden Sie hier:

http://nasawatch.com/archives/2019/09/so...WJWvB5gy58BhM7I

Die Visualisierung simuliert das Erscheinungsbild der aufgeheizten Materie unmittelbar vor dem sogenannten Ereignishorizont – jener Grenze also, nach der selbst das Licht der gewaltigen Anziehungskraft des Schwarzen Lochs nicht mehr entkommen kann. Unmittelbar vor dieser Grenze wird die Materie enorm erhitz sowie sowie beschleunigt und findet sich zu einer dünnen, heißen Struktur zusammen, die als Akkretionsscheibe bezeichnet wird. Hierbei verzerrt die Gravitation auch das Licht, dass aus unterschiedlichen Regionen dieser das Schwarze Loch umgebenden Materiescheibe abgegeben wird, zu der nun sichtbar gemachten und das Schwarze Loch umkreidenden Lichtstruktur, dem sogenannten Photonenring.


Das erste Bild des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie „Messier 87“ ist zugleich die erste direkte Abbildung eines Schwarzen Lochs überhaupt.Klicken Sie auf die Bildmitte, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen. Copyright: Event Horizon Telescope (EHT Collaboration)

Während das erste direkte Foto dieser Struktur sozusagen von oben auf das Schwarze Loch selbst blickend erstellt wurde (…GreWi berichtete; s. Abb.l.), zeigt die neue Visualisierung durch das Team um Jeremy Schnittman vom Goddard Space Flight Center der NASA nun eine seitliche Ansicht. Diese Zeigt ebenfalls das Schwarze Loch selbst in der Mitte, umgeben vom Photonenring, bevor auch diese Lichtteilchen vom Schwarzen Loch verschlungen werden.

Die gewaltige Schwerkraft des Schwarzen Lochs verzerrt das Licht zudem derart, dass wir die die Struktur gleichzeitig sowohl von oben, unten als auch von der Seite sehen. Dass die linke Seite heller erscheint als die rechte, liegt daran, dass sich das Gas in diesem Ring mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegt, wodurch relativistische Effekte auftreten, die das Licht des auf den Betrachter zurasenden Materials heller erscheinen lassen als das der davonfliegenden Teilchen.

https://netzr.de/videos/10720/black-hole/

„Simulation wie diese helfen uns dabei zu visualisieren, was Einstein meinte, als er sagte, dass die Gravitation die Struktur Raum-Zeit verzerrt“, erklärt Schnittman abschließend.

Quelle: NASA

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Bahnbrechende Ergebnisse - Black Hole Information:
https://archive.org/details/entropy-bahn...t-part-1_202101

Schwarzes Loch ermoeglicht Zeitreisen:
https://archive.org/details/schwarzes-lo...phie-srf-kultur

Geheimnisvolle schwarze Loecher:
https://archive.org/details/geheimnisvol...arzeloecherarte

Schwarze Löcher und Unsichtbare Materie:
https://archive.org/details/schwarze-loc...ime-doku_202212

Die Reise zum Schwarzen Loch:
https://archive.org/details/die-reise-zu...ime-doku_202101

Schwarzes Loch - Suche:
https://archive.org/details/schwarzes-loch-suche

Schwarze Löcher - Schlagzeilen vom Rand der erkennbaren Wirklichkeit:
https://archive.org/details/harald-lesch...en-wirklichkeit

Leben Wir in einem Schwarzen Loch ?
https://archive.org/details/leben-wir-in...arzen-loch-arte

https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...tdeckt20191102/

Erstmals massearmes Schwarzes Loch entdeckt:


Künstlerische Darstellung eines massearmen Schwarzen Lochs, als Begleiter eines fernen Roten Riesen (Illu.).
Copyright: Ohio State / Jason Shults
Columbus (USA) – US-Astronomen haben erstmals direkte Hinweise auf ein massearmes und damit vergleichsweise kleines Schwarzes Lochs und damit einer neuen Kategorie dieser extremen Himmelskörper gefunden.

„Schwarze Löcher sind ein wichtiger Teil der Astrophysik und helfen uns, das Universum zu verstehen“, erläutert Professor Todd Thompson von der Ohio State University zu der aktuell von seinem Team im Fachjournal “Science“ (DOI: 10.1126/science.aau4005) beschriebenen Entdeckung. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass es neben den bereits bekannten massereichen und supermassereichen Schwarzen Löchern noch eine weitere, bislang übersehene Kategorie von Schwarzen Löchern gibt“.

Hintergrund
Im Gegensatz zu ihrer Bezeichnung, handelt es sich bei Schwarzen Löcher nicht um klassische Löcher in der Raum-Zeit, sondern um Objekte, deren Masse derart extrem auf ein Kleinstvolumen komprimiert wurde, dass ihre Schwerkraft so extrem ist, dass sämtliche Materie und selbst das Licht ab einer bestimmten Distanz (dem sog. Ereignishorizont) nicht mehr entfliehen kann und vom dem Objekt wie von einem alles verschlingenden Abfluss angezogen wird. Schwarze Löcher entstehen am Ende der Lebensspanne von massereichen Sternen, wenn sich deren Masse unter ihrem eigenen Gewicht nach der Sternenexplosion auf einem Minimum komprimiert. Reicht die einstige Sternenmasse nicht aus, um ein Schwarzes Loch zu gebären, wird das Ergebnis dieses Prozesses als Neutronenstern bezeichnet.

Um die Entstehung Schwarzer Löcher zu verstehen, sind Astronomen zunächst darum bemüht, möglichst alle Schwarzen Löcher in unserer Milchstraße zu kennen. Doch eine solche Zählung kann natürlich auch nur dann erfolgreich sein, wenn genau bekannt ist, wonach man überhaupt suchen muss – sprich: in welchen Formen Schwarze Löcher existieren.

Für gewöhnlich suchen Astronomen nach Schwarzen Löchern anhand der Röntgenstrahlung, die diese Objekte abgeben, wenn Materie (etwa die naher Sterne) in sie hineinstürzt oder anhand von Gravitationswellen, die bei der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher oder zweier Neutronensterne entstehen.

Das Team um Thompson hat sich zunächst die Frage gestellt, ob es auch Schwarze Löcher von geringer Masse, sozusagen kleine bzw. Mini-Schwarze Löcher, geben könnte, die ihre Existenz dann auch nicht in Form von Röntgensignalen verraten würden.

Tatsächlich wurden solche kleinen, massearmen Schwarzen Löcher hypothetisch schon angedacht – etwa als entfernte Begleitobjekte eines Sterns innerhalb eines Binärsystems. In einem solchen Fall blieben derartige Schwarze Löcher für Astronomen nahezu unsichtbar. „Wir sind uns ziemlich sicher, dass es sogar viele solcher Objekte in Binärsystemen gegeben muss, dass wir sie bislang nur noch nicht entdeckt haben, weil sie so schwer zu finden sind“, erläutert Thompson weiter.

Und tatsächlich haben die Astronomen in Daten des “Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment” (APOGEE) Hinweise auf mindestens einen Stern gefunden, der offenbar einen nicht-sichtbaren Begleiter umkreist bzw. gemeinsam mit diesem ein Doppelsystem bildet.

Bei diesem Stern handelt es sich um einen schnell rotierenden roten Riesenstern in einer Galaxie in der Nähe des Sternbilds Fuhrmann (Auriga), rund 10.000 Lichtjahre von der Milchstraße entfernt. Die Forscher schätzen die Masse des Begleitobjekts auf das 3,3-fache unserer Sonne. Damit wäre es zu massereich für einen Neutronenstern, aber nicht massereich genug, um mit einem der bislang bekannten Arten Schwarzer Löcher erklärt werden zu können. Zum Vergleich: Der schwerste bislang bekannte Neutronenstern besitzt gerade einmal das 2,1-fache der Masse unserer Sonne und das kleinste bzw. leichteste bekannte Schwarze Loch bringt sechs Sonnenmassen auf die Waage. Zugleich zeigen Simulationen und Berechnungen, dass das neu entdeckte Objekt auf jeden Fall mindestens 2,6 Sonnenmassen schwer sein muss, was der maximalen Obergrenze von Neutronensternen entspricht, bevor sie statt zu einem Neutronenstern zu einem Schwarzen Loch kollabieren.

„Bei diesem ‚dunklen Objekt‘ könnte es sich also auch um den bislang massereichsten Neutronenstern an deren maximaler Massengrenze handeln“, erläutert Thompson, „doch alles spricht dafür, dass es sich vielmehr um das erste überhaupt entdeckte massearme Schwarze Loch handelt.“

Von zukünftigen Beobachtungen des Systems, etwa durch die europäische Gaia-Mission, erhoffen sich die Astronomen nun noch genauere Daten anhand derer sie die Masse des „dunklen Objekts“ noch genauer bestimmen können.

Quelle: Ohio State University

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https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...trasse20191127/

Astronomen entdecken ein “unmögliches Schwarzes Loch” in der Milchstraße:


Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs (Illu.)
Copyright: geralt (via Pixabay.com) / Pixabay License
Peking (China) – Ein internationales Astronomenteam hat ein stellares Schwarzes Loch von der 70-fachen Masse unserer Sonne entdeckt. So groß sollte diese Art der Schwarzen Löcher, die das Ende der Entwicklung massereicher Sterne darstellen, laut den bislang gängigen Theorien gar nicht sein.

Wie das Team um Professor LIU Jifeng vom National Astronomical Observatory of China an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (NAOC) aktuell im Fachjournal „Nature“ (DOI: 10.1038/s41586-019-1766-2) berichten, entdeckten sie das riesige stellare Schwarze Loch mit der Bezeichnung „LB-1“ rund 150.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Bislang waren Astrophysiker davon ausgegangen, dass derartige Schwarze Löcher nicht mehr als die 20-fache Sonnenmasse aufbringen könnten. „Schwarze Löcher von dieser Masse sollte es anhand der derzeitigen Modelle der Sternenevolution eigentlich nicht gegen – zumindest nicht in unserer Milchstraße“, erläutert Jifeng und führt dazu weiter aus: „Wir dachten, dass massereiche Sterne mit einer für die Milchstraße typischen Zusammensetzung, gen Ende ihrer Lebensdauer den größten Teil ihrer Gase in gewaltigen Sonnenwinden von sich geben. Deshalb sollte das, was von ihnen dann noch als Schwarzes Loch übrig bleibt, nicht derart massereich sein wie LB-1.“ Tatschlich ist das nun entdeckte stellare Schwarze Loch doppelt so reich an Masse, als wir dies bislang überhaupt für möglich hielten. Jetzt ist es an den Theoretikern, eine Erklärung für seine Entstehung zu finden.”


Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs, das Gase eines Begleitsterns anzieht und um sich zu einer Akkretionsscheibe formt (Illu.).
Copyright: YU Jingchuan, Beijing Planetarium, 2019.

Die deutliche Mehrheit der bekannten stellaren Schwarzen Löcher in unserer Heimatgalaxie – deren Anzahl Astronomen auf etwa 100 Millionen schätzen – sind vermutlich jedoch nicht teil eines derartigen Binärsystems, weshalb sie nicht auf die beschriebene Art und Weise entdeckt werden können. Nicht zuletzt aus diesem Grund wurden bislang auch erst etwa zwei Dutzend stellarer Schwarzer Sterne entdeckt.

Hintergrund
Astrophysiker unterscheiden bislang viert Arten Schwarzer Löcher: Supermassereiche Schwarze Löcher, die – wie das 4,1 Millionen Sonnenmassen schwere Objekt Sagittarius A* in unserer Milchstraße – das Zentrum von Galaxien bilden; Mittelschwere Schwarze Löcher mit einigen hundert bis wenigen tausend Sonnenmassen; die hier beschriebenen Stellaren Schwarzen Löcher; sog. Primordiale Schwarze Löcher, die sich bereits beim Urknall gebildet haben könnten und eine Masse von etwa einer Billion Kilogramm und kleiner als 0,1 mm wären; und Schwarze Mikro-Löcher mit einer Masse von weit unterhalb der Planck-Masse, wodurch sie (theoretisch) beim Betrieb von Teilchenbeschleunigern entstehen könnten.

Tatsächlich wurde aus diesem Grund seit 2008 gegen den Betrieb des LHC-Beschleunigers am CERN opponiert und sogar geklagt – die Klage 2012 aber letztinstanzlich abgelehnt. Die Kläger befürchteten, dass ein im LHC entstehendes Mikro-Loch in den Erdkern fallen, dort wachsen und schließlich die ganze Erde verschlingen könnte. Dagegen spricht, dass die Theorien, die die Mikro-Löcher vorhersagen, diesen gleichzeitig eine extrem geringe Lebensdauer zuschreiben. Außerdem, so legten Kritiker der einstigen Befürchtungen dar, sei etwas Vergleichbares trotz milliardenjahrelanger permanenter Kollision mit noch viel energiereicherer kosmischer Strahlung nicht vorgekommen.

Bei ihrer Suche nach stellaren Schwarzen Löchern nutzte das Team um Jifeng nun das chinesische “Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope” (LAMOST), um nach Sternen zu suchen, die ein unsichtbares Objekt umkreisen und von dessen Gravitation abgelenkt werden. Tatsächlich wurde diese Methode bereits 1783 von dem englischen Naturforscher John Michell, der als einer der ersten Forscher die Existenz „Dunkler Sterne, deren Gravitation ausreicht, um Licht gefangen zu halten“ angedacht hatte, vorgeschlagen. Bislang waren die dazu notwendigen Teleskope jedoch nicht leistungsstark genug.

Nachdem das Objekt mit LAMOST gefunden wurde, konnten auch weitere Teleskope, darunter das „Gran Telescopio Canaria“ und das „Keck-Telescope“ in den USA seine Existenz und Eigenschaften bestätigen. Demnach umkreist ein Stern von der achtfachen Sonnenmasse das 70 Sonnen schwere Schwarze Loch einmal alle 79 Tage.

Die Entdeckung von LB-1 in unserer eigenen Heimatgalaxie passt zugleich zu einer anderen durchschlagenden Entdeckung in der Astronomie aus dem Jahr 2016, bei der die Gravitationswellendetektoren „LIGO“ und „Virgo“ Gravitationswellen entdeckt hatten, die von der Kollision zweier ähnlich massereicher Schwarzen Löcher in fernen Galaxien verursacht wurden (…GreWi berichtete). Schon damals wunderten sich Astronomen über die Größe bzw. Masse der Objekte, die ungewöhnlich groß sein musste.

„Der direkte Nachweis von LB-1 beweist, dass es derart massereiche stellare Schwarze Löcher gibt und das sogar vor unserer eigenen kosmischen Haustür“, zeigt sich denn auch der Direktor des LIGO-Observatoriums, Prof. David Reitze von der University of Florida von der Entdeckung fasziniert. „Unsere erstaunlichen Entdeckungen während der vergangenen vier Jahre zeigen, dass wir vor einer Renaissance in unserem Verständnis der Physik Schwarzer Löcher stehen.“

WEITERE MELDUNGEN ZUM THEMA
Erstmals massearmes Schwarzes Loch entdeckt 2. November 2019
Sagittarius A* – Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße zeigt unerwartete Aktivität 15. August 2019
Schwarzes Loch bestätigt und rüttelt zugleich an Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie 29. Juli 2019
Astronomen zeigen erste Aufnahme eines Schwarzen Lochs 10. April 2019
Materiebeobachtungen bestätigen die Existenz eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße 31. Oktober 2018
Black Hole Sun: Leben auf Planeten um Schwarze Löcher möglich? 24. Januar 2016

Quelle: Chinese Academy of Sciences, Nature

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https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...e-loch20221106/

Nur 1.600 Lichtjahre entfernt: Gaia-Observatorium offenbart das
der Erde nächstgelegene Schwarze Loch:


Zoom auf das Schwarze Loch „Gaia BH1“. Im Hintergrund zu sehen ist die entsprechende Region der Milchstraße. Kachel 1 zeigt das Bild des Sterns, der das Schwarze Loch umkreist; Kachel 2, die rekonstruierte Umlaufbahn des Sterns um das Schwarze Loch und Kachel 3 die relativistische Lichtablenkungs-Effekte die man sehen würde, wenn man das Binärsystem mit dem Schwarzen Loch aus der Nähe beobachten könnte.
Copyright: T. Müller (MPIA), PanSTARRS DR1 (K. C. Chambers et al. 2016), ESA/Gaia/DPAC (CC BY-SA 3.0 IGO)

Heidelberg (Deutschland) – Anhand der Daten des europäischen Astronomie-Satelliten „Gaia“ haben Astronomen und Astronominnen das unserer Erde am nächsten gelegene bekannte Schwarze Loch entdeckt. Im Gegensatz zum bislang bekannten nächstgelegenen Schwarzen Loch in rund 3.000 Lichtjahren Entfernung umkreist das nun beschriebene Schwarze Loch einen sonnenähnlichen Stern in nur noch 1.600 Lichtjahren Distanz zur Sonne. Die Eigenschaften des Doppelsystems sind unerwartet und weisen auf eine Lücke im Verständnis der darüner hin, wie solche Systeme überhaupt entstehen.
Wie das Team unter der Leitung von Kareem El-Badry vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) und dem Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und MPIA-Direktor Hans-Walter Rix aktuell im Fachjournal „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ (DOI: 10.1093/mnras/stac3140) berichten, waren es kleinste Positionsverschiebungen des Sterns, die die die Anwesenheit des dunklen bzw. unsichtbaren Begleitobjekts verrieten. Mit derselben neuartigen Methode glauben die Forschenden zukünftige noch zahlreiche weitere Schwarze Löcher zu entdecken.

Schwarze Löcher sind per Definition schwer zu beobachten: Ihre Masse ist in einer Region mit extrem kleinem Durchmesser konzentriert, aus welcher die resultierende extrem starke Schwerkraft nichts entweichen lässt, nicht einmal Licht. Dennoch sind diese ungewöhnlichen Objekte seit Jahrzehnten ein wichtiger Teil unseres Bildes vom Universum. Das gilt insbesondere für so genannte stellare Schwarze Löcher mit einigen Sonnenmassen, die als Endzustand von sehr massereichen Sternen auftreten. Auch in unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, gibt es schätzungsweise hundert Millionen stellare Schwarze Löcher. Aufgrund der grundlegenden Schwierigkeiten bei der Beobachtung solcher schwarzer Objekte konnte allerdings nur ein geringer Teil davon bislang nachgewiesen werden. Einige wurden von Gravitationswellendetektoren aufgespürt, die fast hundert Verschmelzungen stellarer schwarzer Löcher gemessen haben, Angaben über die Massen jener Objekte inklusive. Hinzu kommen einige Dutzend durch Teleskopbeobachtungen nachgewiesene stellare Schwarze Löcher. Die meisten davon umkreisen einen Begleitstern, der nahe genug ist, dass die Schwerkraft des Schwarzen Lochs Wasserstoffgas aus dem Begleitstern in eine sogenannte Akkretionsscheibe ziehen kann, die das schwarze Loch umgibt. Das Gas wird dabei heiß genug, um beträchtliche Mengen an Röntgenstrahlung zu emittieren. Es gibt 20 bekannte „Röntgendoppelsterne“ dieser Art und weitere 50 Kandidaten. (Quelle: MPIA)
Schon zuvor gab es mehrere Versuche, zusätzlich auch sog. „stille“ Schwarze Löcher in Doppelsternsystemen zu finden („quiescent black holes“), also Schwarze Löcher ohne solche hellen Akkretionsscheiben. „Das Mittel der Wahl waren dabei Sternspektren, also die regenbogenartige Zerlegung des Sternenlichts“, erläutert die MPIA-Pressemitteilung. „Solche Spektren enthalten nämlich Informationen über die Bewegung eines Sterns relativ zu uns. Wir kennen das aus dem Alltag vom ‚Doppler-Effekt‘ für Schall: Das Martinshorn eines Rettungsfahrzeugs klingt für uns höher, wenn das Fahrzeug auf uns zukommt, und tiefer, nachdem es an uns vorbeigefahren ist. Analog gibt uns das Licht in Form von Sternenspektren Auskunft darüber, ob (und wie schnell) sich ein Stern direkt auf uns zu oder von uns wegbewegt.“

In jüngster Zeit seien zwar verschiedene Fachartikel veröffentlicht, in denen die Entdeckung ruhender Schwarzer Löcher beschrieben wurde, doch waren dies jeweils Versuche, die Umlaufbahn eines Doppelsterns und die Masse eines unsichtbaren Begleiters ausschließlich auf der Grundlage der Sternspektren abzuleiten. „Bis auf eine Ausnahme (die Entdeckung des Doppelsternsystems VFTS 243 im Juni 2022, an der El-Badry als Mitautor beteiligt war) wurden jedoch alle diese Behauptungen durch Folgestudien relativiert oder sogar widerlegt“, kommentiert das MPIA. „Spektren liefern eben nur einen Teil der Informationen über die Sternbewegung und damit über die Umlaufbahn und die Masse des Begleiters. Die fehlende Information ist dabei eine entscheidende Unsicherheits-Quelle – und genau dort verspricht die Gaia-Mission der ESA Abhilfe.“ Die bisherigen Datenlücke konnte nun mit Hilfe der Gaia-Daten gefüllt werden, die die anhand der Spektren von Sternen gewonnenen Daten nun ergänzen konnten.

Mit dem bereits im vergangenen Juni veröffentlichten Gaia-Datensatz 3 (Gaia DR3, …GreWi berichtete) entdeckten die Astronomen nun auch Doppelsternsysteme und untersuchten diese nach möglichen Kandidaten für Schwarze Löcher – eine Suche, die schlussendlich sechs Kandidaten offenbarte, die mittels der Radialsgeschwindigkeitsmethode reduzierte sich diese Auswahl schlussendlich auf das erste mit Gaia entdeckte Schwarze Loch (Gaia DR3 4373465352415301632), das die Forschenden mittlerweile als „Gaia BH1“ (Gaia Black Hole 1) bezeichnen.

„Alle verfügbaren Daten waren wechselseitig stimmig“, erläutern die Gaia-Astronomen und Astronominnen. „Um zusätzliche Gewissheit zu erlangen, führten die Astronomen weitere gezielte Beobachtungen von Gaia BH1 durch: mit dem 6,5-Meter-Magellan-Clay-Teleskop, dem 8,1-Meter-Gemini-Nord-Teleskop, dem 10-Meter-Keck-I-Teleskop und – für den Löwenanteil der neuen Datenpunkte – mit dem 2,2-Meter-ESO/MPG-Teleskop, welches das MPIA am La Silla-Observatorium der ESO betreibt.“

Alles spreche dafür, dass es sich bei „Gaia BH1“ um ein System mit einem unsichtbaren Objekt mit einer Masse von rund 10 Sonnenmassen handele, das einen sonnenähnlichen Stern mit einer Umlaufzeit von 185,6 Tagen umkreist. Der Abstand zwischen Stern und Begleiter entspricht in etwa dem durchschnittlichen Abstand zwischen Erde und Sonne.

Würde es sich bei dem 10-Sonnenmassen-Objekt um einen anderen Stern handeln, wäre dieser zwangsläufig viel heller als sein Begleiter. Stattdessen zeigen weder die Gaia-Daten noch Folgebeobachtungen das Licht eines solchen zweiten Sterns.

Damit sei „Gaia BH1“ ein „hervorragender Kandidat für ein Schwarzes Loch – und zwar mit einer Entfernung von rund 1560 Lichtjahren von der Erde für das bei weitem erdnächste schwarze Loch, das Astronomen und Astronominnen bisher gefunden haben, weniger als halb so weit entfernt wie der bisherige Rekordhalter!“

Statistisch gesehen sei der Umstand, dass dieses Schwarze Loch der Erde so nahe ist, ein starkes Indiz dafür, dass es in der gesamten Galaxie zahlreiche ähnliche Systeme geben sollte. Was „zahlreich“ genau bedeutet, ist allerdings nicht so einfach zu sagen. Das Team um El-Badry schätzt jedoch, dass die nächste große Gaia-Datenveröffentlichung, DR4, die nicht vor Ende 2025 erwartet wird, die Entdeckung von Dutzenden ähnlicher Systeme ermöglichen sollte.