Seit Jahrhunderten stellen sich Wissenschaftler Objekte vor, die so schwer und dicht sind, dass deren Gravitation
stark genug sein könnte um alles in sich hinein zu ziehen - sogar Licht.
Sie wären, ganz wörtlich, ein schwarzes Loch im Weltraum.
Aber erst in den letzten paar Jahrzehnten, konnten Astronomen ihre Existenz eindeutig beweisen.
Heute lässt Hubble Wissenschaftler die Auswirkungen von Schwarzen Löchern messen,
Bilder ihrer Umgebung machen
und faszinierende Einblicke in die Evolution unseres Kosmos sammeln.
Präsentiert von der Europäischen Weltraumorganisation und der NASA
Hubblecast Folge 43: Hubble und Schwarze Löcher
Präsentiert von Dr J, alias Dr. Joe Liske
Hallo allerseits, und willkommen zum Hubblecast.
In Science-Fiction sind Schwarze Löcher oft als eine Art bedrohliche Gefahr
für die Sicherheit des ganzen Universums dargestellt,
wie ein riesiger Staubsauger, der irgendwie alles Existierende aufsaugt.
Jetzt, in dieser Folge werden wir die Fiktion von den Fakten trennen, und wir werden
die wirkliche Wissenschaft hinter Schwarzen Löchern betrachten und wie Hubble dazu beigetragen hat.
Schwarze Löcher gibt es in verschiedenen Größen. Wir hatten handfeste Beweise für die Kleineren seit den 1970er Jahren.
Diese entstehen, wenn ein großer Stern am Ende seines Lebens explodiert.
Während die äußeren Schichten weggeblasen werden, kollabiert der Kern des Sterns in sich selbst und bildet eine unglaublich dichte Kugel.
Als Beispiel würde ein schwarzes Loch mit der gleichen Masse wie die Sonne
einen Radius von nur wenigen Kilometern haben.
Diese schwarzen Löcher würden einen nicht einsaugen solange man nicht sehr dicht an sie heran kommt.
In der Tat, entgegen der landläufigen Meinung, würde ein Schwarzes Loch von der Größe der Sonne
tatsächlich nicht mehr Anziehungskraft als die Sonne ausüben.
Aber diese stellaren Schwarzen Löcher sind nur ein Teil der Geschichte.
Bevor Hubble gestartet wurde,
war Astronomen aufgefallen, dass die Zentren vieler Galaxien
irgendwie viel dichter und heller waren, als es erwartet wurde.
Und so spekulierten sie, dass es irgendeine Art von riesigen,
massiven Objekten, in den Zentren der Galaxien lauernd, geben musste
um die zusätzliche Anziehungskraft bereitzustellen.
Nun könnte diese Objekte massereiche Schwarze Löcher sein, das heißt,
Schwarze Löcher, die Millionen oder sogar Milliarden Mal massereicher als die stellaren sind?
Oder gab es vielleicht eine einfachere, weniger exotische Erklärung, wie riesige Sternhaufen?
Frustrierender Weise waren Teleskope zu dieser Zeit einfach nicht leistungsstark genug
um ausreichendes Detail zur Lösung des Rätsels zu sehen.
Glücklicherweise war Hubble, zusammen mit einer Reihe anderer High-Tech-Teleskope, auf dem Weg.
Als das Weltraumteleskop geplant wurde,
war die Suche nach massereichen Schwarzen Löchern in der Tat eines der Hauptziele.
Einige der frühen Beobachtungen von Hubble in den 1990er Jahren wurden diesen dichten und hellen galaktischen Zentren gewidmet.
Wo bodengebundene Teleskope nur ein Meer von Sternen sahen, war Hubble in der Lage, die Details aufzulösen.
In der Tat entdeckte Hubble, um die innersten Zentren dieser Galaxien, rotierenden Scheiben aus Gas und Staub.
Als Hubble die Scheibe in der Mitte der nahen Galaxie, Messier 87, beobachtete
sahen Astronomen, dass die Farben auf beiden Seiten nicht ganz identisch waren.
Eine Seite wurde in Richtung blau verschoben und die andere in Richtung rot
und dies sagte den Wissenschaftlern, dass sie sich sehr schnell drehen musste.
Das kommt daher, dass die Wellenlänge des Lichts sich durch die Bewegung des es emittierenden Objektes ändert.
Denk daran wie die Tonlage einer Krankenwagensirene abfällt, wenn er an dir vorbeifährt,
weil die Abständen zwischen den Schallwellen größer werden während das Fahrzeug sich von einem entfernt.
Genauso, wenn sich ein Objekt auf einen zu bewegt, ist die Wellenlänge des Lichts gestaucht, was es blauer macht;
wenn es sich weg bewegt, ist es gestreckt, was es roter macht.
Dies ist auch als der Doppler-Effekt bekannt.
Mittels Messung der Farbverschiebung auf beiden Seiten der Scheibe,
sind Astronomen also in der Lage die Drehgeschwindigkeit zu bestimmen.
Und es stellte sich heraus, dass sich diese Scheibe mit einer Rate von Hunderten von Kilometern pro Sekunde drehte.
Nun, dies wiederum erlaubt Astronomen abzuleiten, dass sich, im Zentrum versteckt,
eine Art Objekt mit der Masse von zwei bis drei Milliarden Mal der Masse der Sonne befinden muss -
und das war sehr wahrscheinlich ein supermassives Schwarzes Loch.
Nun, zusammen mit vielen anderen Beobachtungen,
war dies eines der wichtigsten Beweismittel, die zu der Ansicht geführt haben, dass
im Zentrum der meisten, wenn nicht sogar in allen großen Galaxien,
einschließlich unserer Milchstraße, ein supermassives Schwarzes Loch lauert.
So weit, so gut. Aber diese Arbeit war vor fast 20 Jahren - was sagt es uns über modernste Wissenschaft heute?
Nun, in der Wissenschaft von Schwarzen Löchern hat sich seither viel getan. Das Geheimnis ist jetzt nicht, ob sie existieren,
sondern warum verhalten sie sich auf so seltsame Weise.
Zum Beispiel haben Hubble Beobachtungen geholfen zu zeigen, dass die Masse
eines supermassiven Schwarzen Lochs eng mit der Masse der sie umgebenden Galaxie zusammen hängt.
Je größer das Schwarze Loch, desto größer ist die Galaxie. Bisher ist der Grund dafür ist völlig unklar.
Ein supermassives Schwarzes Loch ist ziemlich groß und es hat einen gewaltigen Einfluss,
aber man muss bedenken, dass es im Vergleich zu seiner Galaxie tatsächlich winzig ist.
Die Region des Raumes, die am offensichtlichsten und am unmittelbarsten
von einem Schwarzen Loch beeinflusst wird, ist in der Tat etwa eine Million mal kleiner als die sie umliegende Galaxie.
Das ist etwa der gleiche Größenunterschied wie zwischen dieser Münze und einer ganzen Stadt.
Daher ist es ziemlich schwer sich einen Prozesse vorzustellen, der diese beiden dauerhaft verbindet.
Ein großer Bereich der Wissenschaft versucht also derzeit herauszufinden, was hier vor sich geht und warum die beiden miteinander verbunden sind.
Regulieren Schwarze Löcher die Größe von Galaxien, oder regulieren Galaxien die Größe der Schwarzen Löcher?
Oder passiert etwas vollkommen anderes?
Derzeit wissen es Astronomen nicht, aber sie arbeiten hart daran es herauszufinden.
Aber es gibt noch eine weiteres interessantes Geheimnis Schwarzer Löcher in wahrscheinlich diesem Zusammenhang,
dass Astronomen zum Grübeln bringt.
Nun, wenn Materie in ein Schwarzes Loch fällt,
bildet es eine große wirbelnde Scheibe, die sich aufheizt und eine Menge starker Strahlung abgibt.
Je mehr Materie in das Schwarze Loch fällt, desto stärker die Strahlung.
Nun diese aktiven, anschwellenden Schwarzen Löcher nennt man Quasare
und sie gehören zu den hellsten und stärksten Objekten im Universum.
Die Sache ist, ein Quasar kann so gefräßig werden, dass seine Strahlung stark genug ist
tatsächlich alles an Gas und Staub, wovon er gespeist wird, wegzublasen.
Und so scheint es eine natürliche Obergrenze für die Rate, mit der ein Schwarzes Loch wachsen kann, zu geben.
Nun bedeutet dies, dass man nicht erwarten kann irgendwelche wirklich großen und wirklich mächtigen
Quasare im sehr frühen Universum zu sehen,
weil es einfach nicht genug Zeit für den Aufbau
dieses massereichen Schwarzen Lochs gab, das benötigt wird, um einen Quasar mit Energie zu versorgen.
Aber jüngste Entdeckungen haben in der Tat gezeigt, dass Quasare im frühen Universum existieren
mit nur etwa einer Milliarde Jahre nach dem Urknall, ist das viel früher als wir erwartet hatten.
Und da haben wir es: ein weiteres von Astronomen zu studierendes Rätsel.
Durch den Beitrag zur Klärung eines Geheimnisses über Schwarze Löcher, hat Hubble also ganz neue Forschungsgebiete eröffnet,
und diese werden uns schließlich ein besseres Verständnis der Geschichte des Universums geben.
Dies ist Dr. J für Hubblecast.
Wieder einmal überrascht uns die Natur jenseits unserer wildesten Vorstellungen.
Transkript: ESA/Hubble; Übersetzung: Tassilo Waldeck