Schwarze Löcher gehören zu den faszinierensten Objekten im Weltall. In den knapp 100 Jahren der Existenz der allgemeinen Relativitätstheorie die zu ihrer Beschreibung nötig ist, haben die Physiker ein recht gutes theoretisches Verständnis entwickelt. Wir wissen mittlerweile ganz gut, wie sich ein schwarzes Loch so verhält (es ist zum Beispiel kein Staubsauger!) – aber im Laufe der Jahre haben wir auch immer bessere Beobachtungsdaten gewonnen. Das mag paradox klingen – denn eigentlich sind schwarze Löcher ja gerade deswegen so besonders, weil sie schwarz sind; weil sie den Raum so stark krümmen dass kein Licht mehr von ihnen ausgestrahlt werden kann und sie deswegen quasi unsichtbar sind. Dennoch gehören schwarze Löcher zu den hellsten Objekten im Universum. Und nun hat man ein paar ganz besondere Exemplare gefunden…
Aber halt – wieso sind schwarze Löcher auf einmal hell? Naja, eigentlich ist es die Umgebung eines Lochs, die hell ist. Denn schwarze Löcher sind meistens von einer sogenannten Akkretionsscheibe umgeben. Also eine Scheibe aus Gas und Staubteilchen die um das Loch kreisen und entweder hineinstürzen oder durch die enorme Gravitationskraft davongeschleudert werden. Das Material dort bewegt sich jedenfalls sehr schnell deswegen wird auch sehr energiereiche Strahlung erzeugt. Und die kann man beobachten – allerdings nicht im “normalen” Licht sondern im Röntgenbereich des elektromagnetischen Spektrums.
Röntgenstrahlen kommen leider nicht wirklich durch unsere Erdatmosphäre durch. Glücklicherweise haben wir aber ein paar Teleskope ins Weltall geschickt die dort nach kosmischen Röntgenlicht suchen. Eines davon ist Chandra und das hat kürzlich ein paar tolle Aufnahmen der Galaxie M82 gemacht.
Was man hier genau sieht, erkläre ich dann später 😉
Man war jedenfalls auf der Suche nach einer ganz besondern Art von schwarzen Loch. Normalerweise kennen wir sie in zwei größen: klein und gewaltig groß (die hypothetischen winzig kleinen schwarzen die in Teilchbeschleunigern entstehen können – und die nicht gefährlich sind! – zählen hier erstmal nicht dazu). Die kleinen nennt man stellare schwarze Löcher. Die entstehen wenn ein Stern am Ende seines Lebens keinen Brennstoff mehr hat; die Kernfusion zum Erliegen kommt und er in einer gewaltigen Explosion sein Leben beendet. Ist der ursprüngliche Stern groß genug, dann bleibt nach so einer Supernovaexplosion nur noch ein schwarzes Loch übrig das in einige dutzend schwerer als die Sonne sein kann.
Neben diesen kleinen Löchern gibt es aber auch die supermassiven schwarzen Löcher. Sie sitzen in den Zentren der Galaxien (auch in unserer Milchstrasse) und spielen dort eine wichtige Rolle beim Leben und Sterben der Galaxien. So ein supermassives schwarzes Loch kann einige Milliarden mal schwerer sein als unsere Sonne! Wie sie entstehen ist allerdings noch nicht abschließend geklärt. Vielleicht haben sie auch mal klein angefangen, als normales stellares schwarzes Loch und dann immer mehr und mehr Masse angesammelt (in den Zentren der Galaxien gibt es ja viel). Oder eine gewaltig große Gaswolke ist direkt zu einem (instabilen) “Superstern” kollabiert und dann gleich weiter zu einem schwarzen Loch zusammengestürzt. Oder sie entstehen ganz anders – wir wissen es noch nicht genau.
Wir wissen aber, dass es ein “Lücke” gibt. Die schwersten stellaren schwarzen Löcher die man kennt wiegen etwa dreißigmal so viel wie unsere Sonne. Die leichtesten supermassiven Löcher sind einige hundertausendmal schwerer. Im Bereich dazwischen vermutet man sogenannte mittelschwere schwarze Löcher. Die Beobachtungsdaten sind hier düftiger als bei den anderen beiden Typen – aber das kürzlich veröffentlichte Chandra-Bild könnte gleich zwei davon zeigen:
Im großen Bild sieht man die Galaxie M82 so, wie man sie im normalen Licht sehen würde (die Aufnahmen stammen vom Hubble-Teleskop); kombiniert mit Aufnahmen aus dem Spitzerteleskop und in blau Bildern von Chandra. Die blaue Aufnahme ist eine Ansicht des Zentralbereichs; diesmal sieht man nur Röntgenlicht. Man erkennt deutlich zwei sehr Bereiche – die aber nicht im Zentrum liegen! Aus den Spektren dieser beiden Objekte und ihrer Helligkeit kann man darauf schließen, dass es sich hier um schwarze Löcher handeln muss. Das eine davon – “X42.3+59” – ist 290 Lichtjahre vom Zentrum von M82 entfernt und zwischen 12000 und 43000 mal schwerer als die Sonne. Das zweite Objekt heisst “X41.4+60”, ist 600 Lichtjahre vom Zentrum entfernt und nur zwischen 200 und 800 mal schwerer als die Sonne.
Auch bei diesen mittelschweren schwarzen Löchern weiß man noch nicht genau wie sie entstehen. Ein einzelner Stern kann sie nicht erzeugen. Aber es gibt ja viele Sterne, die in Doppel- oder Mehrfachsternen organisiert sind. Und nach deren Tod können so durchaus auch Doppel- oder Mehrfachsysteme von schwarzen Löchern entstehen. Die strahlen bei ihrer Bewegung Gravitationswellen ab; verlieren dadurch Energie und kollidieren so irgendwann miteinander wobei ein mittelschweres schwarzes Loch entsteht. Oder vielleicht kommt es in sehr dichten Sternhaufen zu einer Art “Kettenreaktion” bei der eine Supernovaexoplosion die nächste auslöst und so jede Menge schwarze Löcher entstehen die dann zusammenstürzen und ein großes formen.
Was auch immer zutrifft – das wichtigste ist: wir haben Beobachtungsdaten! Und je mehr Daten wir bekommen, desto genauer werden wir über die schwarzen Löcher Bescheid wissen. Und irgendwann wissen wir dann auch, wie sie entstehen…
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