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„Event Horizon Telescope“ – Die Suche nach dem Schwarzen Loch

von Redaktion am 19. Januar 2012

Vom 18. bis 20. Januar 2012 sind die führenden Radioastronomen der Welt in Tucson, Arizona, zur Konferenz „Bringing Black Holes Into Focus: The Event Horizon Telescope“ eingeladen. Anlass ist der Startschuss zu einem der ehrgeizigsten Projekte der Astronomie und Astrophysik. Der Errichtung des „Event Horizon Telescopes“ (EHT). Mit diesem „virtuellen“ Radioteleskop, das in den nächsten Jahren schrittweise durch den informationstechnologischen Zusammenschluss von Radioteleskopen der ganzen Welt entstehen wird, soll es erstmals möglich sein, ein Schwarzes Loch direkt zu beobachten. Das angepeilte Beobachtungsziel ist das Schwarze Loch, das im Zentrum unserer Milchstraße vermutet wird.

ALMA - Atacana Large Millimeter Array

ALMA Antennen auf der Chajnantor Hochebene in 5000m Seehöhe in Chile

Schwarze Löcher sind eine theoretische Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) Einsteins. Bereits 1916, ein Jahr nach der Veröffentlichung der ART, beschrieb der deutsche Physiker und Astronom Karl Schwarzschild erstmals eine exakte Lösung der Einsteinschen Feldgleichungen mit einem Ereignishorizont („Event Horizon“) und einer Singularität. 50 Jahre später erhielten diese Singularitäten vom Physiker John A. Wheeler den Namen „Schwarzes Loch“. Die Schwerkraft eines Schwarzen Loches ist so gewaltig, dass ihm weder Materie noch Licht entkommen können, sofern sie die unsichtbare Grenze des Ereignishorizonts überschreiten. Da eben auch Licht unaufhaltsam eingesogen wird, erhielten sie ihren Namen.

Ein solch unvorstellbares Gebilde beobachten zu wollen, dem nichts entkommen kann, scheint unmöglich, ja, unsinnig. Doch die enorme „Gefräßigkeit“ eines Schwarzen Loches eröffnet eine Möglichkeit. Bevor die angezogene Materie die Grenze des Ereignishorizonts überquert und endgültig im Abgrund verschwindet, wird sie enorm erhitzt. Die entstehenden glühenden Gase leuchten und strahlen bevor sie jenseits des Ereignishorizonts verschwinden und diese Strahlung kann dem Schwarzen Loch entkommen. Die Strahlung im Radiobereich durchdringt die das Zentrum der Milchstraße umgebenden Staubwolken, während Strahlungen im sichtbaren Bereich absorbiert wird. Und genau diese Radiofrequenzen sollen mit dem EHT beobachtet werden.

Bis vor wenigen Jahren schien es technisch völlig unmöglich, die Strahlung von Schwarzen Löchern direkt zu beobachten. Im Gegensatz zum sichtbaren Licht werden für die Beobachtung von Radiosignalen riesige Teleskope benötigt um eine brauchbare Auflösung zu erzielen. Selbst die Auflösung von Teleskop-Feldern wie CARMA („Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy“) in Kalifornien reicht dazu allein nicht aus. Erst durch den nun geplanten Zusammenschluss von Radioteleskopen aller Welt zum EHT steht die notwendige Auflösung zur Verfügung. Der letzte noch fehlende Baustein ALMA („Atacama Large Millimeter Array“) in Chile hat 2011 den Betrieb aufgenommen und soll bis Ende 2012 seine volle Leistungsfähigkeit erreichen.

Obwohl heute die Mehrzahl der Wissenschafter die Existenz von Schwarzen Löchern als gesichert ansieht, gibt es dazu bislang keinen direkten Beweis. Das soll sich mit dem Einsatz des EHTs ändern. Darüber hinaus, versprechen sich die Forscher neue Erkenntnisse um die ART besser zu verstehen. Das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße wurde für die Beobachtung gewählt, weil es relativ nahe und weil es relativ groß ist. Größere Schwarze Löcher sind in anderen Galaxien viel weiter entfernt. Näher liegende Schwarze Löcher in der Milchstraße sind viel kleiner.

Es bedarf der gemeinsamen weltweiten Anstrengung aller Forscher und vieler Radioteleskope um das Projekt „Event Horizon Telescope“ zu verwirklichen. Einer gemeinsamen Kraftanstrengung über alle Grenzen hinweg. Und man darf schon sehr gespannt die neuen Erkenntnisse zum Verständnis unseres Universums erwarten.

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6 Kommentare | Kommentar schreiben
 
  1. #1 | Philip | 22. Januar 2012, 18:56

    Die Schwerkraft eines Schwarzen Loches ist so gewaltig, dass ihm weder Materie noch Licht entkommen können, sofern sie die unsichtbare Grenze des Ereignishorizonts überschreiten.

    Das ist etwas inakkurat, es kommt weniger auf die Gravitation selbst als auf das Gravitationspotential an. Die Idee, hinreichend schwere bzw. kompakte Sterne könnten sich durch ihre eigene Schwerkraft unsichtbar machen, ist viel älter als die ART und beruht darauf, dass die Summe E aus (stets positiver) kinetischer und (im G-Feld stets negativer) potentieller Energie eines Körpers darüber entscheidet, ob ein Körper k der Masse m sich beliebig weit von einem Körper K der Masse M entfernen kann (E\ge0) oder an ihn gebunden ist (E<0). Im einfachsten Fall ist K kugelsymmetrisch und m«M. Mit der Gravitationskonstanten G und dem Abstand r zwischen den Schwerpunkten ist dies nach Newtons Mechanik E=m(\frac{v^2}{2}-\frac{GM}{r}), und aus der Grenzbedingung E=0 ergibt sich die Fluchtgeschwindigkeit v_f=\sqrt{\frac{2M}{r}}. Setzt man für v_f die Lichtgeschwindigkeit c ein, ergibt sich rechnerisch ein Grenzradius r_0=\frac{2GM}{c^2}; hat K einen Radius R<r_0 , so hätte k, wenn er K mit c verlässt, nach Newton negative Gesamtenergie und würde daher bis zu einem Umkehrpunkt in der Entfernung r=\frac{1}{\frac{1}{R}-\frac{c^2}{2GM}} auf 0 abgebremst und von dort zurückfallen wie ein hochgeworfener Stein. Dies, so dachten um 1800 Mitchell und Laplace, könnte auch mit dem Licht selbst geschehen, wenn es, wie Newton vermutet hatte, aus Korpuskeln bestehen sollte.

    Zu einem Schwarzen Loch, wie es die ART beschreibt, bestehen freilich mehr Unterschiede denn Gemeinsamkeiten; gleichwohl ist die Erklärung nach Mitchell und Laplace noch heute populär und findet sich u.a. in "Unser Kosmos" des amerikanischen Astronomen Carl Sagan, der selbst meines Wissens kein Physiker war.

    Interessanterweise ist die Kraft bei r_0 antiproportional zu M.

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  2. #2 | Karl | 26. Januar 2012, 09:00

    Hallo Philip,

    mit

    Das ist etwas inakkurat, es kommt weniger auf die Gravitation selbst als auf das Gravitationspotential an. [...]

    hast du natürlich Recht. Um die Allgemeinverständlichkeit des Artikels zu wahren, habe ich das in Kauf genommen. Mit deiner ausgezeichneten korrekten Erläuterung ist diese Ungenauigkeit behoben.

    Danke,

    Karl

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  3. #3 | Philip | 27. Januar 2012, 02:45

    Hallo Karl,
    übrigens sieht man ziemlich schnell, dass das, was die Newtonsche Physik beschreibt, gerade kein Schwarzes Loch wäre, weil ein mit c fliegender Körper von r < r_0 zwar nicht beliebig weit käme, aber immerhin bis zu besagtem Umkehrpunkt. Die stabile Kreisbahn für einen derartigen Körper läge bei r = \frac{r_0}{2}=\frac{GM}{c^2} und damit deutlich innerhalb dessen, was die ART als Ereignishorizont beschreibt.

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  4. #4 | Herr Senf | 25. Januar 2014, 14:55

    Es gibt neue Aufregung in der Szene:
    http://derstandard.at/1389858190766/Stephen-Hawking-stellt-Schwarze-Loecher-infrage
    und der preprint ohne peer-Review http://arxiv.org/pdf/1401.5761v1.pdf
    Natürlich verstehen es “erste Aandersdeeenker” auch schon wieder ganz falsch.

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  5. #5 | galileo2609 | 25. Januar 2014, 18:36

    Herr Senf schrieb am 25. Januar 2014, 14:55 im Kommentar #4:
    Natürlich verstehen es “erste Aandersdeeenker” auch schon wieder ganz falsch.

    Lasst die “Genies” mal feiern. Man muss schon etwas intensiver in dieser jahrzehntealten Diskussion involviert sein, um diesen Text von Hawking annähernd verstehen zu können. Bei den Aussenseitern jedoch ändert sich nichts. Hinter deren geistigem Horizont ist die Singularität greifbar. Das ist ein schöner weiterer Anwendungsfall für das Fermi-Paradox in Anwendung der “Zoo-Hypothese” von John A. Ball.

    Grüsse galileo2609

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  1. WhiteJim

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