Ein Schwarzes Loch demaskiert

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Links: Eine optische Aufnahme des Himmels, der den Ort um das Schwarze Loch Cygnus X-1 zeigt. Rechts: Eine künstlerische Darstellung des Systems, welches das Schwarze Loch zeigt, wie es Material von einem massereichen, blauen Begleiter zu sich hin abzieht. Dieses Material formt eine Scheibe und Jets, die Strahlung aussenden. Optical: DSS Illustration: NASA / CXC / M. Weiss

 

Schwarze Löcher gehören zu den erstaunlichsten und bizarrsten Vorhersagen der Einstein’schen Gravitationstheorie. Ein Schwarzes Loch ist vermutlich in seiner Ausdehnung punktförmig, von einer imaginären Oberfläche, oder “Rand”, mit begrenzter Größe (sein “Ereignishorizont) umschlossen, hinter dem alles für immer für den Rest des Universums verloren geht.

Entgegen ihres Rufs als unbarmherzige Verschlinger von Materie und Energie sind die Regionen um Schwarze Löcher oft Quellen energiereicher Strahlung. Schwarze Löcher können von einer Scheibe aus Materie umgeben sein, zu der beispielsweise Gas eines umkreisenden Begleitsterns beiträgt; wenn einfallendes Material mit dieser Scheibe in Wechselwirkung tritt, kann Strahlung und Materie ausgestoßen werden.

Ein Schwarzes Loch ist so einfach, daß es mit nur drei Größen vollständig beschrieben werden kann: seiner Masse, seinem Eigendrehimpuls und seiner elektrischen Ladung, doch diese Werte zu messen ist alles andere als einfach. Die Ladung wird für gewöhnlich als vernachlässigbar klein angesehen; somit sind nur noch zwei Größen zu bestimmen. Die Masse kann ermittelt werden, wenn das Schwarze Loch einen umlaufenden Partner besitzt, da die periodischen Bahnbewegungen des Paares durch ihre Massen und die Ausdehnung der Umlaufbahn genau bestimmt sind. Einfallendes Material liefert eine Quelle für Strahlung, um die Umlaufperiode zu messen, aber die Größe der Umlaufbahn zu ermitteln, ist die Kenntnis über die Entfernung zur Strahlungsquelle notwendig.

All diese Schwierigkeiten sind in drei Artikeln, die gemeinsam in diesem Monat erscheinen, bewältigt worden. Die CfA-Astronomen Mark Reid, Jeff McClintock, Ramesh Narayan, Lijun Gou, James Steiner und Jingen Xiang haben gemeinsam mit weiteren Kollegen mit Hilfe der Parallaxentechnik bei Radiowellenlängen die genaue Entfernung zu Cygnus X-1, dem ersten entdeckten Schwarzen Loch, gemessen: es liegt 6.060 Lichtjahre entfernt, mit einer Unsicherheit von etwa 6%. Die recht genaue Entfernungsschätzung ermöglicht den Wissenschaftlern, auf die Masse des Schwarzen Lochs zu schließen: 14.8 Sonnenmassen, mit etwa gleicher Unsicherheit, nämlich 7%. Nicht zuletzt konnte der einzig verbleibende Parameter eines Schwarzen Lochs – sein Eigendrehimpuls – jetzt ebenfalls bestimmt werden. Die Gruppe berechnete, daß sich das Schwarze Loch mit ungefähr 95% des nach der Einstein’schen Theorie zulässigen Maximalwerts für die Rotation dreht; sein Ereignishorizont wirbelt rund 800-mal pro Sekunde herum. Obwohl diese Objekte noch immer ebenso erstaunlich wie seltsam sind, sind diese neuen Arbeiten ein spektakulärer Schritt vorwärts in unserem Verständnis ihrer grundlegenden Eigenschaften.

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