Ein supermassereiches Schwarzes Loch schoss eine Explosion weg von uns, aber seine intensive Schwerkraft lenkte die Explosion zurück in unsere Richtung

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Im Jahr 1916 vollendete Albert Einstein seine Allgemeine Relativitätstheorie, die 1905 mit seinen Versuchen begonnen hatte, Newtons Gravitationstheorien mit den Gesetzen des Elektromagnetismus in Einklang zu bringen. Nach ihrer Fertigstellung lieferte Einsteins Theorie eine einheitliche Beschreibung der Schwerkraft als geometrische Eigenschaft des Kosmos, bei der massive Objekte die Krümmung der Raumzeit verändern und alles um sie herum beeinflussen.

Darüber hinaus sagten Einsteins Feldgleichungen die Existenz Schwarzer Löcher voraus, Objekte, die so massiv sind, dass nicht einmal Licht ihre Oberfläche verlassen kann. Die GR sagt auch voraus, dass schwarze Löcher das Licht in ihrer Nähe krümmen, ein Effekt, den Astronomen nutzen können, um weiter entfernte Objekte zu beobachten. Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat sich diese Technik zunutze gemacht und das Licht einer Röntgeneruption beobachtet, die hinter einem Schwarzen Loch stattfand.

Das Team wurde von Dr. Dan Wilkins geleitet, einem Astrophysiker des Kavli-Instituts für Teilchenastrophysik und Kosmologie an der Stanford University und einem Einstein-Stipendiaten der NASA. Ihm zur Seite standen Forscher der Saint Mary’s University in Halifax, Nova Scotia, des Institute for Gravitation and the Cosmos an der Pennsylvania State University und des SRON Netherlands Institute for Space Research.

Mit den Weltraumteleskopen XMM-Newton der ESA und NuSTAR der NASA beobachteten Wilkins und sein Team helle Röntgeneruptionen um ein supermassereiches Schwarzes Loch (SMBH) im Zentrum von I Zwicky 1 – einer Spiralgalaxie, die 1.800 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Die Astronomen hatten nicht damit gerechnet, dies zu sehen, aber aufgrund der extremen Schwerkraft des SMBH (die von 10 Millionen Sonnenmassen herrührt) wurden die Flares hinter dem SMBH für XMM-Newton und NuSTAR sichtbar gemacht.

Die Entdeckung wurde im Rahmen einer Durchmusterung gemacht, die darauf abzielte, mehr über das helle und geheimnisvolle Röntgenlicht zu erfahren, das den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs umgibt. Man nimmt an, dass diese “Korona” (so ihr Spitzname) das Ergebnis von Gas ist, das kontinuierlich in das Schwarze Loch fällt und eine rotierende Scheibe um es herum bildet. Da der Ring auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird, wird er auf Millionen von Grad erhitzt und erzeugt Magnetfelder, die sich zu Knoten verdrehen.

Schließlich werden diese Felder so stark verdreht, dass sie reißen und die gesamte in ihnen gespeicherte Energie freisetzen. Diese Energie wird dann auf die Materie in der umgebenden Scheibe übertragen, wodurch die “Korona” aus hochenergetischen Röntgenelektronen entsteht. Die Röntgeneruptionen waren für Wilkins und sein Team zunächst als Lichtechos sichtbar, die von einfallenden Gasteilchen reflektiert wurden, die an der Oberfläche des Schwarzen Lochs akkretiert wurden.

In diesem Fall war die beobachtete Röntgeneruption so hell, dass einige der Röntgenstrahlen auf die in das Schwarze Loch stürzende Gasscheibe hinunterstrahlten. Als die Flares abklangen, nahmen die Teleskope schwächere Blitze auf, die das Echo der Flares waren, die von dem Gas hinter dem Schwarzen Loch abprallten. Das Licht dieser Blitze wurde durch die starke Schwerkraft des Schwarzen Lochs umgelenkt und wurde für die Teleskope sichtbar, wenn auch mit einer leichten Verzögerung.

Das Team konnte anhand der spezifischen “Farben” des Lichts (ihrer spezifischen Wellenlänge), die sie aussandten, erkennen, woher die Röntgenblitze kamen. Die Farben der Röntgenstrahlen, die von der anderen Seite des Schwarzen Lochs kamen, wurden durch die extreme Gravitationsumgebung leicht verändert. Hinzu kommt, dass die Röntgenechos zu unterschiedlichen Zeiten zu sehen sind, je nachdem, von welcher Stelle der Scheibe sie reflektiert wurden, und somit eine Menge Informationen über die Vorgänge um ein Schwarzes Loch enthalten.

Diese Beobachtungen bestätigten nicht nur das von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagte Verhalten, sondern ermöglichten es dem Team auch zum ersten Mal, die Prozesse hinter einem Schwarzen Loch zu untersuchen. In naher Zukunft wollen Wilkins und sein Team diese Technik nutzen, um eine 3D-Karte der Umgebung des Schwarzen Lochs zu erstellen und weitere Rätsel des Schwarzen Lochs zu erforschen. So wollen Wilkins und seine Kollegen beispielsweise das Rätsel lösen, wie die Korona so helle Röntgeneruptionen erzeugt.

Diese Missionen werden sich weiterhin auf das Weltraumteleskop XMM-Newton sowie auf das von der ESA vorgeschlagene Röntgenobservatorium der nächsten Generation stützen, das als Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics (ATHENA) bekannt ist. Diese und andere Weltraumteleskope, deren Start für die kommenden Jahre geplant ist, versprechen, viel mehr über die Teile des Universums zu enthüllen, die wir nicht sehen können, und mehr Licht auf seine vielen Geheimnisse zu werfen.

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