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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Staubsauger des Universums |
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| | | Schwarze Löcher beschäftigen seit Jahrzehnten unsere Phantasie. In der Theorie können sie die erstaunlichsten Dinge, doch sie direkt zu beobachten, ist nicht möglich. Dennoch will ein US-Physiker nun beweisen können, dass sie - entgegen der gängigen These - auch rotieren können. |
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Und Sie drehen sich doch... |
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Beim jährlichen Frühlingstreffen der American Physical Society in Washington, D.C., präsentierte Tod Strohmayer vom Goddard Space Flight Center der NASA neue Belege dafür, dass manche Schwarzen Löcher tatsächlich rotieren.
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Schwarze Löcher
Schwarze Löcher sind Objekte von einer so hohen Dichte, dass nicht einmal Licht ihrer enormen Anziehungskraft entkommen kann. Da nichts schneller ist als Licht, kann folglich nichts aus dem Inneren eines solchen Loches entkommen. Schon zur Zeit Isaac Newtons (1642-1727) spekulierte man über die Existenz dieser Objekte, doch erst Albert Einsteins (1879-1955) Allgemeine Relativitätstheorie machte es möglich, sie genauer zu beschreiben: In einem Schwarzen Loch sind Raum und Zeit so verzerrt, dass die Zeit quasi angehalten wird. Unterhalb einer bestimmten Grenze - dem so genannten Schwarzschild Radius - wird jede Masse zu einem Schwarzen Loch. Würde die Sonne beispielsweise auf einen Radius von drei Kilometern zusammengepresst, oder die Erde auf ganze neun Millimeter komprimiert, dann entständen so Schwarze Löcher. In der Theorie könnten schwarze Löcher über eine so genannte Einstein-Rosen-Brücke (vielleicht besser bekannt unter dem Terminus "Wurmloch") mit anderen schwarzen Löchern zwei verschiedene, weit entfernte Teile unseres Universums oder zwei ganz verschiedene Universen verbinden. Das ist allerdings tatsächlich reine Theorie. |
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 Genauere Informationen zu Schwarzen Löchern |
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Bewegung schwierig festzustellen |
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"Fast jedes Objekt im Weltall dreht sich, zum Beispiel Planeten, Sterne und Galaxien", so Strohmayer. "Bei Schwarzen Löchern ist es allerdings sehr viel schwieriger festzustellen, ob sie sich tatsächlich drehen, denn sie besitzen keine feste Oberfläche, anhand derer man die Bewegung feststellen kann", sagt Strohmayer.
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Beobachtung von Schwarzen Löchern
Tatsächlich sind Schwarze Löcher eigentlich gar nicht direkt beobachtbar, da jede Art von Materie oder auch elektromagnetische Strahlen einfach aufgesaugt werden. Doch weil zum Beispiel Atome mit unterschiedlicher Geschwindigkeit um das Loch kreisen, bevor sie aufgesaugt werden (je näher sie dem Zentrum bzw. dem so genannten "event horizon" kommen, desto schneller werden sie: zuletzt haben sie fast Lichtgeschwindigkeit erreicht), reiben sie sich aneinander. Grosse Hitze entsteht und die Atome emittieren hochenergetische Strahlung, wie z.B. Röntgenstrahlen. Anhand solcher Röntgenstrahlen jedoch lässt sich die Existenz eines Schwarzen Loches erkennen. |
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Dennoch will Strohmayer seine These nun beweisen können. Er verwendet dafür Daten eines bestimmten NASA-Satelliten, des "Rossi X-ray Timing Explorer".
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GRO j1655-40 |
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Der Physiker untersuchte ein so genanntes mikroquasares Schwarzes Loch, genannt GRO j1655-40, das ungefähr 10.000 Lichtjahre von der Erde entfern ist. Von einem solchen Schwarzen Loch schießen beständig Strahlen von Hochgeschwindigkeits-Partikeln nach oben und wieder zurück.
Zwischen diesen Strömen bemerkte Strohmayer zwei unterschiedliche Muster von flimmernden Röntgenstrahlen. Man kennt diese Strahlen als quasiperiodisch, auch QPO genannt.
Die einen wurden mit 300 Hertz gemessen, das zweite beobachtete Muster zeigte 450 Hertz. Letztere kannte man bisher nur von sich drehenden Neutronensternen.
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Rätselhafte Strahlen führen zu Widerspruch |
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Die 450-Hertz-Strahlen schienen zunächst rätselhaft. Davon ausgehend errechnete Strohmayer jedoch die stabile Umlaufbahn von GRO J1655-40: Näher als 49 Kilometer konnte demzufolge nichts um das Loch kreisen, ohne eingesaugt zu werden.
Doch basierend auf der Annahme, die Masse von GRO J1655-40 sei ungefähr sieben mal so groß wie die Sonne, hätte diese stabile Umlaufbahn 64 Kilometer betragen müssen.
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Lösung: Verzerrung von Zeit und Raum |
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Der einzige Weg, so Strohmayer, diesen Widerspruch zu lösen, sei die Annahme, dass GRO J1655-40 sich dreht. Denn die Rotation würde zu einer Verzerrung von Raum und Zeit um das Schwarze Loch führen.
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Diese zwei Bilder illustrieren den Unterschied zwischen einem sich drehenden und einem statischen Schwarzen Loch. Die grünen Linien zeigen die Raum-Zeit-Koordinaten, im rechten Bild (rotierendes Schwarzes Loch) sind diese deutlich verzerrt. Im linken dagegen (sich nicht drehendes Schwarzes Loch) erscheinen sie normal.
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"Ein rotierendes Schwarzes Loch modifiziert die Struktur von Raum und Zeit um es herum. Durch das Drehen kann Materie weitaus näher rotieren, als wenn sich das Loch nicht drehen würde", erklärt der Physiker.
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GRO J1655-40 muss sich drehen |
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"Je näher aber die Materie kommt, desto schneller umkreist sie das Loch. Nur auf diese Weise lässt sich erklären, warum man hier QPOs mit 450 Hertz beobachten kann - GRO J1655-40 muss sich also drehen."
(red)
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01.01.2010 |
