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Nobelpreis gekrönte Theorie auf dem Prüfstand
ENTFERNUNGEN MIT SCHWARZEN LÖCHERN BESTIMMEN
Wer mit Muße in den sternklaren Himmel blickt, kann beobachten, wie die funkelnden Himmelsobjekte sich
langsam über das Firmament bewegen. Von der Erde aus betrachtet, sieht das Weltall beschaulich aus. Kein
Anzeichen dafür, dass Galaxien mit atemberaubenden Geschwindigkeiten auseinanderfliegen, Planeten um Sterne
rasen und Schwarze Löcher Materie verschlingen. Kein Anzeichen? Wer genau hinschaut, findet Hinweise auf die
Dynamik und die Entwicklung der Himmelskörper.
Das Team vom Astronomischen Institut der RUB um Prof. Dr. Rolf Chini schaut genau hin. Die Forscher
beobachten bestimmte Bereiche des Himmels über Wochen und Monate. Sie suchen zum Beispiel nach periodischen
Helligkeitsschwankungen oder Verschiebungen der Spektrallinien, mit deren Hilfe sie Doppelsterne enttarnen. Auch
aktive Schwarze Löcher (Info), sogenannte Quasare, stehen aufgrund ihrer unregelmäßigen Helligkeitsausbrüche
unter ständiger Beobachtung der Bochumer Teleskope in der Atacama-Wüste, Chile.
Die Astronomen arbeiten zum Beispiel an einer neuen Methode, um die Entfernung von Quasaren zur Erde zu
bestimmen. Damit könnten sie die Theorie zur Ausdehnung des Universums überprüfen, die 2011 mit dem
Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde, und fundamentale Erkenntnisse über den Zustand des Universums
erlangen. Anhand von Supernova-Explosionen hatten drei Kosmologen berechnet, dass sich die Expansion des
Universums beschleunigt. Die Methode basiert auf der Annahme, dass alle Supernovae gleich hell sind. „Unsere
Entfernungsbestimmung käme ohne solche Annahmen aus“, sagt Chini. „Ich will nicht das Weltbild umstoßen, aber
wir hätten gern eine unabhängige Methode zur Bestimmung von Entfernungen im Weltall neben den SupernovaMessungen.“ In vier bis fünf Jahren, so schätzt der Bochumer Wissenschaftler, könnte er genügend Daten für die
Statistik zur Verfügung haben.
Bis dahin lassen sich aus den Messungen bereits andere interessante Schlussfolgerungen ziehen, zum Beispiel
über die Struktur von Schwarzen Löchern. Oder genauer gesagt, die Struktur ihrer Umgebung. „Ein Schwarzes Loch
ist etwas unendlich Kleines, ein Ding, das ganz viel Masse hat, aber keine Ausdehnung“, beschreibt Chini. „Wir
wollen wissen, wie es in der Nähe des Schwarzen Loches aussieht.“
Materie fällt nicht einfach direkt in ein Schwarzes Loch hinein, sondern bewegt sich spiralförmig auf das Zentrum
zu. Ganz in der Nähe des Schwarzen Loches bildet sich eine Materieansammlung, Akkretionsscheibe genannt. Drum
herum liegt ein Ring aus Staub. Chinis Team beschrieb 2014 erstmals die Form des Staubmantels und löste damit das
jahrzehntealte astronomische Rätsel um die Struktur von Quasaren.
Dabei gingen die Forscher wie folgt vor: Fällt Materie auf die Akkretionsscheibe, leuchtet sie hell auf. Licht im
sichtbaren Bereich gelangt von der Akkretionsscheibe auf direktem Weg zu den Beobachtern auf der Erde. Ein Teil
des Lichts trifft jedoch auch auf den Staubmantel, der die Akkretionsscheibe umgibt, und erwärmt den Staub. Diese
Wärme gibt der Staub in Form von Infrarotstrahlung wieder ab, die ebenfalls auf der Erde messbar ist. Sie trifft dort
jedoch einige Wochen später ein als das sichtbare Licht der Akkretionsscheibe. Aus dieser präzise gemessenen
Zeitverzögerung ermittelte Chinis Team erstmals die innere konkave Form des Staubmantels und damit auch den
korrekten Abstand vom Schwarzen Loch, der nun mit theoretischen Vorhersagen übereinstimmt.
Julia Weiler
Info
QUASARE: AKTIVE SCHWARZE LÖCHER
In den Zentren der meisten Galaxien befindet sich ein Schwarzes Loch, das bis zu einige hundert Millionen Mal
schwerer ist als unsere Sonne. Es zieht jede Materie in sich hinein, die ihm zu nahe kommt. Bevor die Materie für
immer verschwindet, fällt sie auf eine Gasscheibe um das Schwarze Loch und leuchtet noch einmal hell auf. Die hell
leuchtenden Galaxienkerne bezeichnet man auch als Quasare. Etwa zehn Prozent aller Galaxienkerne sind aktiv, das
heißt, das Schwarze Loch in ihrem Zentrum saugt sehr viel Materie ein. Ob eine Galaxie aktiv ist oder nicht, ändert
sich im Lauf der Zeit. Hat ein Schwarzes Loch alle Sterne und alles Gas in seiner unmittelbaren Umgebung
aufgesaugt, wird es für eine Weile inaktiv – nämlich solange, bis sich neue Himmelsobjekte in seine Nähe bewegt
haben, die es verschlingen kann. Das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße ist zurzeit ruhig; es kann aber auch
wieder aktiv werden.