Ein schwarzes Loch frisst einen Planeten

Die Galaxie NGC 4845 ist 47 Millionen Lichtjahre weit entfernt. Auf galaktischen Maßstäben ist das wenig; sie gehört also zu unserer kosmischen Nachbarschaft. Entdeckt wurde sie Ende des 18. Jahrhunderts von Wilhelm Herschel, der hauptsächlich wegen seiner viel prominenteren Entdeckung des Planeten Uranus bekannt ist. NGC 4845 ist eine recht typische Galaxie. So sieht sie aus.

Bild: NASA/ESA Hubble Space Telescope / STScI/NASA / ST-ECF/ESA / CADC/NRC/CSA, CC-BY-SA .0

Bild: NASA/ESA Hubble Space Telescope / STScI/NASA / ST-ECF/ESA / CADC/NRC/CSA, CC-BY-SA .0

Uns so wie jede typische Galaxie hat auch NGC 4845 in ihrer Mitte ein großes, supermassereiches schwarzes Loch. Auch unsere Galaxie, die Milchstraße, hat so ein Objekt in ihrem Zentrum sitzen. Man hat es (unter anderem) durch die Bewegung der Sterne in seiner Umgebung identifiziert. Schwarze Löcher sind enorm faszinierende Objekte. Seit Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie wissen wir, dass Masse den Raum verzerrt. Und da alle Objekte bei ihrer Bewegung der Krümmung des Raums folgen, sieht es für uns so aus, als würden die Himmelskörper eine Kraft aufeinander ausüben. Die Sonne macht dank ihrer Masse eine große “Delle” in den Raum und die Erde folgt dieser Krümmung. Sie bewegt sich also um die Sonne herum. Wollen wir aus so einer Delle wieder heraus kommen, müssen wir uns schnell genug bewegen. Aus der Delle, die die Erde verursacht, kommen wir vergleichsweise leicht heraus. Alles was man schneller als 11,2 Kilometer pro Sekunde in die Luft wirft, fällt nicht mehr auf den Boden zurück, sondern verlässt den gravitativen Einfluss, d.h. die “Delle”, der Erde. Wollten wir von der Sonne aus das gleiche erreichen, müssen wir schon 617 Kilometer pro Sekunde erreichen, denn die Sonne ist schwerer und verzerrt den Raum stärker.

Der wichtigste Parameter ist hier aber nicht die Masse, sondern die Dichte. Das ist das besondere an einem schwarzen Loch! Ein “normales” schwarzes Loch (obwohl an diesen Dingern eigenlich nichts normal ist…) ist nicht schwerer als ein typischer Stern. Aber all diese Masse ist auf einem enorm geringen Raum konzentriert! Die Sonne ist eine Kugel mit einem Durchmesser von 1,4 Millionen Kilometer. Würden wird die Sonne so fest zusammendrücken, dass sie nur noch 6 Kilometer groß ist, dann würde sie zu einem schwarzen Loch werden. Ihre Masse hätte sich dabei nicht geändert. Die Erde würde keinen Unterschied in der Gravitationskraft spüren und das schwarze Loch genauso umkreisen wie vorher die Sonne. Aber die Stärke der Kraft hängt auch vom Abstand ab. Und nun können wir uns der Masse der Sonne viel stärker annähern als vorher! Alles ist ja auf nur 6 Kilometer komprimiert. Und je näher wir kommen, desto schneller müssen wir sein, um wieder zu entkommen. Irgendwann werden wir bei unserer Annäherung eine bestimmte Grenze überschreiten. Diese Grenze heißt “Ereignishorizont” und dahinter müssten wir uns schneller als das Licht bewegen, um die Umgebung des schwarzen Lochs zu verlassen. Und da das nicht möglich ist, kann nichts mehr entkommen, auch kein Licht. Deswegen ist das schwarze Loch schwarz. Genauergesagt ist es unsichtbar.

Das heißt aber nicht, dass wir sie nicht identifizieren können. Einmal geht das, wie oben schon erwähnt, über den Einfluss, den sie auf die Bewegung der Himmelskörper in der Umgebung haben. Man kann sie aber auch in den Teleskopen sehen. Genauergesagt kann man das sehen, was sich in ihrer unmitttelbaren Nähe befindet. Denn Material, dass in ein schwarzes Loch fällt, bildet zuerst eine Scheibe um das Loch herum, aus der es auf spiralförmigen Bahnen dann schließlich im Loch verschwindet. Dank der starken Kräfte, die dort wirken, bewegt sich das Zeug enorm schnell um das Loch herum. Dabei entsteht Strahlung, vor allem Röntgen- und Radiostrahlung, die mit entsprechenden Teleskopen gesehen werden kann.

Das gilt besonders für die supermassereichen schwarzen Löcher in den Zentren der Galaxie. Das sind keine “normalen” schwarzen Löcher, die nur ein paar mal so viel wiegen die Sonne, sondern gigantische Objekte, so schwer wie hundertausende oder Millionen Sonnen! Die Scheiben aus Material, die sie umgeben sind ebenfalls riesengroß und geben enorme Mengen an Strahlung ab. Die schwarzen Löcher leuchten hell und sind selbst aus Millionen oder Milliarden Lichtjahren Entfernung gut zu sehen. Astronomen nennen das “AGN”, also active galactic nuclei. Aber nicht jedes schwarzes Loch verhält sich so. Das Loch im Zentrum unserer Milchstraße verhält sich ruhig, es ist nicht mehr aktiv. Früher war das anders, aber irgendwann ist alles aus der Umgebung im Loch verschwunden und nichts mehr da. Und da die Löcher keine Staubsauger sind, die irgendwas “ansaugen”, sitzen sie einfach nur da und tun nichts mehr. Es sind vor allen die jungen Galaxien, die noch viel mehr Staub und interstellares Gas enthalten, die aktive Kerne haben.

Auch NGC 4845 ist so ein ruhiges schwarzes Loch. In den letzten 10 Jahren hat man dort keine Aktivität beobachtet. Im Januar 2011 aber hat das Weltraumteleskop INTEGRAL der Europäischen Weltraumagentur ESA dort aber einen Ausbruch an Röntgenstrahlung beobachtet. Was da genau passiert ist, haben Marek Nikolajuk von der Universität Bialystok in Polen und seine Kollegen probiert herauszufinden (“Tidal disruption of a super-Jupiter by a massive black hole”).

Dazu haben sie die Daten von INTEGRAL ausgewertet, aber auch die anderer Instrumente. Zum Beispiel die der Weltraumteleskope XMM-Newton und Swift. Aber auch MAXI (Monitor of All-sky X-ray Image) wurde eingesetzt. Es stammt von der japanischen Weltraumagentur JAXA, ist auf der Raumstation ISS montiert und sieht ein wenig so aus wie ein großer Toaster:

Bild: JAXA

Bild: JAXA

Mit all diesen Instrumenten hat man genau beobachtet, wie stark die Röntgenstrahlung war, wie sich ihre Stärke im Lauf der Zeit verändert hat, wie sich die Strahlung zusammensetzt, und so weiter. Leider kann man ja nicht direkt sehen, was in NGC 4845 passiert. Das schwarze Loch ist sowieso unsichtbar und auch der Rest ist mit 47 Millionen Lichtjahren viel zu weit weg, um irgendwelche Objekte konkret zu beobachten. Aber man kann die Beobachtungsdaten mit Modellen vergleichen. Man kann am Computer simulieren, was passiert, wenn verschiedene Objekte von einem schwarzen Loch verschluckt werden. Je nachdem, wie groß die Objekte selbst sind, wie schwer das schwarze Loch ist und wie genau sie “aufgefressen” werden, erhält man verschiedene Arten von Strahlungsausbrüchen. Und diese Simulationen kann man dann mit der Beobachtung vergleichen und schauen, was am besten passt.

Genau das hat man in diesem Fall getan und die Ergebnisse zeigen, dass es sich aller Wahrscheinlichkeit nach um einen Himmelskörper handelt, der 14 bis 30 Mal schwerer ist als der Planet Jupiter, der hier vom schwarzen Loch verschluckt wird. Es handelt sich also entweder um einen sehr großen Gasplaneten oder aber um einen braunen Zwerg, ein Mittelding zwischen Stern und Planet. Das schwarze Loch hat das Objekt auch noch nicht komplett verschluckt, sondern erst ein wenig daran geknabbert. Ein Himmelskörper in unmittelbarer Nähe eines schwarzen Lochs leidert ja vor allem an den Gezeitenkräften, denn die sind dort gewaltig. Der Unterschied in der Gravitationskraft zwischen der Loch-nahen Seite und der Loch-fernen Seiten des Planeten/braunen Zwergs ist so groß, dass er regelrecht auseinander gerissen wird! Momentan hat sich das Loch erst 10 Prozent seiner Masse einverleibt – aber der Rest wird sicherlich noch folgen.

Auch das schwarze Loch in unserer Milchstraße frisst ab und zu eine Kleinigkeit (ich habe darüber hier, hier und hier berichtet). Es ist aber schön, so etwas auch einmal in einer anderen Galaxie zu beobachten.

Dieses Video zeigt, wie man sich den Prozess in etwa vorstellen kann:

Loading…


Ich persönlich finde das vor allem deswegen interessant, weil man hier ein substellares Objekt gesehen hat. Naja, “gesehen” hat. Aber auch wenn dieser Planet/brauner Zwerg bald nicht mehr existiert und wir nur indirekt über seine Existenz Bescheid wissen, ist es doch irgendwie ziemlich cool, dass wir so einen Himmelskörper aus einer Entfernung von 47 Millionen Lichtjahren identifizieren können! Es wird zwar noch ein wenig dauern, bis wir ernsthaft nach extragalaktischen Planeten suchen können. Aber solche kleinen, indirekten Beobachtungen sind nicht unwichtig, wenn wir herausfinden wollen, ob die Dinge in anderen Galaxien genauso ablaufen wie bei uns. Wir wissen mittlerweile, dass in unserer Milchstraße jede Menge Planeten einfach so durchs All fliegen, ganz ohne an einen Stern gebunden zu sein. Diese Planeten werden im Zuge der chaotischen Vorgänge bei der Planetenentstehung aus ihren Systemen geworfen und bewegen sich fortan allein durchs All. Es ist höchstwahrscheinlich, dass das auch in anderen Galaxien passiert und es ist ebenso wahrscheinlich, dass es genau so ein Himmelskörper ist, der vom schwarzen Loch in NGC 4845 gefressen wird. Marek Nikolajuk und seine Kollegen haben probiert, abzuschätzen, wie oft so etwas vorkommt. Nimmt man die Statistiken über die frei herumfliegenden Planeten in unserer Milchstraße und kombiniert sie mit der Zahl der Galaxien in der näheren Umgebung, die wir beobachten können, dann müsste es ein paar solcher Ereignisse pro Jahrzehnt geben. Das ist eine überprüfbare Vorhersage; man kann nun in alten Daten und mit neuen Beobachtunge nachsehen, ob das wirklich stimmt. Und so Informationen über die Planeten fremder Galaxien erhalten, die einige Millionen Lichtjahre weit entfernt sind. Wie schon gesagt: Ich finde das enorm beeindruckend!

Kommentare

  1. #1 Crazee
    16. April 2013

    Ich für mich bin beim Lesen dieses Artikels zum ersten Mal auf so eine Makro-Mikro-Sache gekommen:

    Bei der Sternenentstehung bildet sich um den Stern die Akkretions-Scheibe, aus der sich der Stern bedient und aus der Planeten entstehen können.

    Bei großen Planeten entstehen aus deren Akkretionsscheibe Ringe und Monde.

    Ist also die Galaxie die Akkretionsscheibe des supermassereichen schwarzen Lochs?

    Kann man also aus der Sternensystementstehung auf die weitere Entwicklung der Galaxien schließen?

  2. #2 G.K.
    16. April 2013

    Ich empfinde den Begriff “Schwarzes Loch” immer ein wenig missverständlich, zumal diese Dinger ja nicht “leer” sind, also nicht nichts. Wieso benutzt man zB nicht den Begriff “Unsichtbares Objekt” oder ähnliches?

  3. #3 Alderamin
    16. April 2013

    @G.K.

    Weil gerade die englischsprachigen Astronomen gerne griffige, oft auch witzige Begriffe bevorzugen. “Big Bang” war ja mal eine Schmähung von Fred Hoyle für die Theorie des expandierenden Universums, hat sich aber schnell als offizieller Begriff etabliert.

    Bei der Suche nach der Dunklen Materie suchte man früher nach “MACHOs” (MAssive Compact Halo Objects, dunkle, asteroiden- und planetengroße Körper), heute sucht man “WIMPs” (Weakly Interacting Massive Particles, Elementarteilchen, die nur über die Schwache Wechselwirkung und die Gravitation mit normaler Materie interagieren; wimp = Schwächling). Von der Sorte gibt’s noch ein paar: EGG- Evaporating Gaseaous Globule, FRED – Fast-Rise Exponential Decay und dergleichen.

  4. #4 McPomm
    16. April 2013

    Ist also die Galaxie die Akkretionsscheibe des supermassereichen schwarzen Lochs?

    Kann man also aus der Sternensystementstehung auf die weitere Entwicklung der Galaxien schließen?

    Galaxienentstehung ist aktuelles Forschungsgebiet. Da ist noch vieles unverstanden und gibt es momentan ein paar mehr als nur eine einzige allgemein akzeptierte Theorie.

  5. #5 G.K.
    16. April 2013

    @ Alderamin # 3

    Danke – Britischer Humor scheint sich hervorragend als Zwischenschritt bei der astronomischen Theoriebildung zu eignen …

  6. #6 Bullet
    16. April 2013

    @FF:

    Aber auch wenn dieser Planet/brauner Zwerg bald nicht mehr existiert und wir nur indirekt über seine Existenz Bescheid wissen, ist es doch irgendwie ziemlich cool, dass wir so einen Himmelskörper aus einer Entfernung von 47 <b<Milliarden Lichtjahren identifizieren können!

    Hu-ha. Millionen. :)

  7. #7 Wolf
    16. April 2013

    “[...] ist es doch irgendwie ziemlich cool, dass wir so einen Himmelskörper aus einer Entfernung von 47 Milliarden Lichtjahren identifizieren können![...]”

    HAH!
    Florian hat sich ebene verraten. Alles nur eine gigantische Verschwörung, von wegen das Universum sie nur knappe 14 Milliarden Jahre alt. Dabei weiß doch jeder, dass sowohl Nibiru als auch die Reptilianer deutlich älter sind!

  8. #8 t
    16. April 2013

    “Planet frisst schwarzes Loch ! ”
    Dass wäre einen Schlagzeile :-)

  9. #9 Chemiker
    16. April 2013

    > Die Erde würde keinen Unterschied in der Gravitationskraft spüren
    > und das schwarze Loch genauso umkreisen wie vorher die Sonne.

    Ist das wirklich so? Exakt?

    Die Sonne ist doch abgeplattet, und ihr klassisches Newton’schs Gravitationsfeld hat daher eine Quadrupol-Komponente. Jeder Planet, der seine Bahn nicht exakt in der solaren Äquatorial­ebene hat, bekommt davon etwas mit und folgt nicht mehr exakt den Keplerschen Gesetzen.

    Ich kann mir nicht vorstellen, wie ein Schwarzes Loch diese Quadrupol­komponente simulieren soll, da es nach dem No-Hair-Theorem (das ich zugegebener­maßen nie wirklich verstanden habe) keinen Formfaktor haben kann. Klar, es kann rotieren und daher Frames draggen, aber das ist nicht dasselbe: Die Abplattung der Sonne hängt ja nicht nur von ihrem Drehimpuls ab, sondern auch von irgendwelchen Materialparametern, die beim Kollaps ins Schwarze Loch nach dem NHT ja angeblich verlorengehen.

    Daher nehme ich an, daß ein Schwarzes Loch und seine Vorgänger-Sonne selbst im nicht­relativisti­schen Limit nicht äqui­valent sind. Oder habe ich einen Denkfehler gemacht?

  10. #10 Alderamin
    16. April 2013

    @Chemiker

    Die Sonne ist doch abgeplattet

    Nicht wirklich

  11. #11 Bullet
    16. April 2013

    @Chemiker:
    wie exakt ist denn “exakt”? Das mußt du doch auch erstmal meßtechnisch unterschiedlich erfassen können. Und dabei wäre dann zunächst – unter anderem – zu klären, wie schnell denn ein schwarzes Loch mit dem Drehimpuls unserer Sonne rotiert und welche Auswirkungen das hat.
    Ich denke, bevor wir nicht ein Schwarzes Loch in wenigen AE Entfernung mal so richtig unter die Lupe genommen haben, ist Florians Satz, den du zitierst, erstmal ausreichend genau. Klar, wenn du zeigen kannst, daß eine Planetenbahn zwangsläufig instabil wird, wenn der Zentralstern zum Schwazen Loch wird und die Abweichung des Orbits des fraglichen Planeten von der idealen, stellar-äquatorialen Bahn mehr als 3,7 m° beträgt, können wir nochmal nachschauen, ob diese Formulierung vielleicht etwas zu verallgemeinernd war, aber vorher …

  12. #12 Kallewirsch
    16. April 2013

    Oder habe ich einen Denkfehler gemacht?

    Ich denke, die paar Meter Abweichung in der Erdbahn kann man bei eine rpopulärwissenschftlichen Betrachtung der Sachlage unter den Tisch fallen lassen.

    Der springende Punkt um den es geht: Die Erde würde auch weiterhin das Sonnen-Schwarze-Loch umkreisen. Sie würde weder stante pede geradlinig ins All sauen, noch werden wir sofort und instantan von der Sanne aufgesogen. Das ist die Kernaussage, um die es geht. Ob die Bahn dann auf den Millimeter genau gleich bleibt, ist von untergeordneter Bedeutung.
    Man kann eine für Laien verständliche Erklärung auch dadurch zerstören, indem man zu sehr auf Details rumreitet. Florian hat da mal einen schönen Artikel dazu geschrieben.

  13. #13 Martin
    16. April 2013

    @ FF
    Aber auch wenn dieser Planet/brauner Zwerg bald nicht mehr existiert und wir nur indirekt über seine Existenz Bescheid wissen, ist es doch irgendwie ziemlich cool, dass wir so einen Himmelskörper aus einer Entfernung von 47 Millionen Lichtjahren identifizieren können!

    Müsste es nicht heißen auch wenn dieser Planet/brauner Zwerg schon lange nicht mehr existiert…

    Oder gehst Du hier von unserm Standpunkt aus, da wir dem Körper ja nach beim Sterben zugucken können.

    Möchte aber nicht pingelig sein, da es mir auch erst im Kommentar von Bullet aufgefallen ist. Ansonsten super Artikel hat mir mal wieder sehr gefallen.

  14. #14 Florian Freistetter
    16. April 2013

    @martin naja so ein Planet lebt ja ein paar Milliarden Jahre lang. Und dwr Begriff “Jetzt” macht auf kosmologischen Skalen auch wenig Sinn. Ich bin zur Zeit leider geradt unterwegs (und leider auf ner Beerdigung und daher nicht so ganz bei der sache). Aber vielleicht möchte jemand der anderen Kommentaren die sache mit dem Abstand und dem jetzt genauer erklären?

  15. #15 McPomm
    17. April 2013

    Ich denke, die paar Meter Abweichung in der Erdbahn kann man bei einer populärwissenschftlichen Betrachtung der Sachlage unter den Tisch fallen lassen.

    Klar. Davon abgesehen, dass ein “fast identisch” auch nicht weniger populärwissenschaftlich klingt, finde ich das Fragestellen und Erörtern in den Kommentaren vollkommen okay.

  16. #16 pederm
    17. April 2013

    Was heißt denn “Aber auch wenn dieser Planet/brauner Zwerg bald nicht mehr existiert”? Wie lange wird denn die Planetenmalzeit dauern?

  17. #17 Dietmar
    17. April 2013

    Diese Beschreibung des Ereignishorizontes ist die anschaulichste und griffigste, die mit bisher begegnet ist.

  18. #18 Florian Freistetter
    17. April 2013

    @pederm: Naja, das dauert nicht sooo lange. Ein paar Jahre höchstens, würde ich schätzen. Kommt auf die Details an und was da sonst noch so rumfliegt.

  19. #19 pederm
    17. April 2013

    @FF: Danke.
    Damit ergibt sich die schöne Möglichkeit, wirklich einen Vorgang zu beobachten und nicht nur eine Momentaufnahme, von der aus man – wieder anhand von mehr oder weniger guten Modellen – vor und zurück rechnen müßte. Spannend!

  20. #20 Chemiker
    17. April 2013

    Danke für den Link, Alderamin. Da bin ich jetzt etwas schmähstad.

    Offenbar ist der Effekt wirklich minimal. Lt. Wikipedia trägt die Sonnenform auch nur so a. 5 ppm zur beobachteten Perihel-Drehung des Merkur bei:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Perihelion_precession_of_Mercury#Perihelion_precession_of_Mercury

    Trotzdem: In einem Schwarzen Loch wäre der Effekt ja wohl spurlos verschwunden, oder?

  21. #21 ChefKoch
    Hamburg
    24. April 2013

    Das thema Schwarzelöcher interessiert mich sehr , haben dieses auch gerade in der Schule :) Ist das so wenn jetzt was Im CERN was schief geht das dann ein Schwarzesloch entsteht ? Könnten sie mir sagen Warum die jetzt wieder sagen das die Welt am 5.November untergehen soll -.- http://2012weltuntergang.jimdo.com/ danke :)

  22. #22 johnny
    24. April 2013

    @ChefKoch
    Wenn die auf der Seite nicht mal selbst sagen können, warum die Welt untergehen sollte, dann wird da auch nicht wirklich was dran sein.

  23. #23 ChefKoch
    24. April 2013

    Stimmt ;)

  24. #24 Alderamin
    24. April 2013

    @johnny
    Na, die Seite zählt ja gerade alle nicht stattgefundenen und noch angeblich stattfindenen Weltuntergänge auf, um zu zeigen, dass die Welt selbstverständlich an diesem Tage auch nicht untergeht. Ich hab’ mal ein bisschen gegoogelt, aber auf die Schnelle auch nichts konkretes außer dem Datum gefunden. Ist ja auch letztlich egal, warum die Welt am 5.11. wieder mal nicht untergeht.

    @Chefkoch
    Zum Thema Schwarze Löcher am CERN hat Florian schon mal was geschrieben.

  25. #25 johnny
    24. April 2013

    @Alderamin
    Man kann schon die sinkende Arbeitsmoral der Untergangsfanatiker beklagen. Jetzt hauen sie nur noch Termine, komplett ohne Begründung, raus. :)

  26. #26 nieswurtz
    24. April 2013

    Ich dachte, das Licht hat keine Masse. Deshalb kann es sich ja auch mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Weshalb wird es dann von der Schwerkraft des schwarzen Lochs festgehalten?

  27. #27 Florian Freistetter
    24. April 2013

    @nieswurtz: Weil die Gravitation keine Kraft ist, die etwas “anzieht” (das ist nur ne Vereinfachung), sondern ne geometrische Eigenschaft der Raumzeit. Das schwarze Loch verformt die Raumzeit so stark, dass ein Lichstrahl keinen Weg mehr heraus findet.

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