Wissenschaftler schlie├čen sich am Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxis an

Obwohl Wissenschaftler eine Zeit lang vermutet haben, dass ein riesiges schwarzes Loch im Zentrum unserer Galaxie lauert, können sie immer noch nicht mit Sicherheit sagen, dass dies die Erklärung für das seltsame Verhalten ist, das dort beobachtet wurde. Jetzt sind die Forscher näher denn je in der Lage, diese Region abzubilden und die Physik bei der Arbeit zu untersuchen - was möglicherweise den großen Konflikt zwischen den Theorien der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik beleuchten wird.

Im Herzen der Milchstraße sehen Astronomen einige verrückte Dinge. Zum Beispiel scheinen etwa ein Dutzend Sterne ein unsichtbares Objekt zu umkreisen. Es wurde festgestellt, dass ein Stern eine sechzehnjährige Umlaufbahn um das Unsichtbare bildet und sich mit der schwer vorstellbaren Geschwindigkeit von etwa 5.000 Kilometern pro Sekunde bewegt. Im Vergleich dazu bewegt sich die Sonne mit einer Länge von 220 Kilometern pro Sekunde im Weltraum.

Basierend auf den Bewegungsgesetzen sollten die Umlaufbahnen dieser Dutzend Sterne durch die Anziehungskraft eines massiven Objekts im Zentrum der Galaxie verursacht werden. Doch Teleskope beobachten dort nichts.

"Die wirklich wichtige Sache ist, dass alle Bahnen einen gemeinsamen Fokus haben", sagte der Astrophysiker Mark Reidof vom Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik während des kürzlich im April 2012 abgehaltenen Treffens der American Physical Society. "Es gibt einen Punkt am Himmel, und da ist's Nichts, was man auf Bildern an dieser Position sehen kann. "

Und all dies geschieht in einer Region, die nur etwa 100 mal so breit ist wie die Entfernung zwischen der Erde und der Sonne - im galaktischen Schema sehr winzig. [Fotos: Schwarze Löcher des Universums]

Es gibt jedoch eine sehr schwache Emission von Radiowellen aus diesem Bereich, die Wissenschaftler Sagittarius A * nennen (ausgesprochen "Sagittarius A-Star"). Durch den Vergleich mit der Sonnenbewegung um die Milchstraße konnten die Forscher feststellen, dass sich dieses Objekt kaum bewegt - weniger als 1 Kilometer pro Sekunde, viel langsamer als die Geschwindigkeit, um die sich die Erde dreht Sonne.

Wenn Schütze A * ein Objekt mit mäßiger Masse wäre, würde es wahrscheinlich durch die Schwerkraft nahegelegener Objekte gezogen werden und eine gewisse Bewegung erfahren.

Reid sagte über die scheinbare Stille des Objekts: "Die einzige Möglichkeit, dass dies passieren kann, ist, wenn Schütze A * an ein sehr massives Objekt gebunden ist. Wenn Sie die Analyse durchführen, erhalten Sie eine untere Grenze von 4 Millionen Sonnenmassen."

Die Dichtegrenze eines Schwarzen Lochs

Astronomen können das galaktische Zentrum nicht gut genug sehen, um genau zu messen, wie groß Schütze A * ist, aber sie können mit Sicherheit sagen, dass ihr Radius nicht größer als etwa zwei Zehntel der Entfernung zwischen der Erde und der Sonne ist.

Das bedeutet, dass im Zentrum der Milchstraße etwas, das etwa 4 Millionen Mal die Masse der Sonne packt, in einem Gebiet sitzt, das in die Umlaufbahn von Merkur passt und im Grunde unsichtbar ist und viel weniger Licht erzeugt als jeder der umkreisenden Sterne es.

Im Moment liegt die Dichte dieses Objekts bei etwa einem Achtel der theoretischen Grenze für ein schwarzes Loch. Während also Wissenschaftler nicht mit Sicherheit sagen können, dass das Objekt ein schwarzes Loch ist, sieht es sehr wahrscheinlich aus.

"Obwohl es alternative Erklärungen gibt, wären sie sogar noch viel fantastischer als das eher banale supermassive Schwarze Loch, das mit ziemlicher Sicherheit da ist", sagte Reid.

Eine dieser anderen, exotischen Erklärungen ist, dass es einen Ball gibt, der aus einer nicht identifizierten Vielzahl von schweren Fermion-Teilchen besteht. Aber selbst ein solcher Ball hätte kaum die nötige Dichte, um alle Beweise zu erklären.

Genauer hinsehen

Um dieses Rätsel endlich zu lösen, sehnen sich Astronomen danach, das Zentrum der Galaxie direkt abzubilden. Es ist nicht nur sehr weit entfernt und schwach, diese Region ist wegen des ganzen Staubes zwischen ihr und der Erde schwer zu sehen.

Astronomen haben kürzlich ein Projekt namens Event Horizon Telescope gestartet. Dieses Instrument würde viele Radioobservatorien auf der ganzen Welt integrieren und sie in ein riesiges Interferometer verwandeln, das zu sehr genauen Messungen fähig ist. Letztendlich sollte die Auflösung scharf genug sein, um Schütze A * zu unterscheiden.

Bisher hat das Event Horizon Telescope nur drei Observatorien in Hawaii, Kalifornien und Arizona für eine Beobachtungszeit zwischen 15 und 20 Stunden integriert. Aber die Astronomen hoffen, bald weitere Orte hinzuzufügen und die Zeit zu beobachten.

"EHT ist kein Traum, es ist nicht auf dem Reißbrett", sagte Avery Broderick von Kanadas University of Waterloo und dem Perimeter-Institut für Theoretische Physik. "Es ist etwas, das funktioniert."

Eines der Ziele von Broderick ist es nicht nur ein für alle Mal, ob Sagittarius A * ein schwarzes Loch ist, sondern die Physik des Objekts zu untersuchen.

Allgemeine Relativität testen

Schwarze Löcher spreizen die beiden erfolgreichsten Theorien der Physik: eine, die das Reich des sehr Großen beschreibt, und eines, das die Provinz des sehr Kleinen beschreibt.

Die extrem großen Massen der Schwarzen Löcher berufen sich auf Einsteins allgemeine Relativitätstheorie, die beschreibt, wie die Masse das Gewebe von Raum und Zeit verdreht, um Gravitation zu erzeugen. Aber eine Erklärung für die extrem kleinen räumlichen Dimensionen der Schwarzen Löcher erfordert auch die Quantenmechanik. [Bilder: Der Urknall und das frühe Universum]

Bisher sind die Quantenmechanik und die allgemeine Relativitätstheorie inkompatibel. Wenn sie kombiniert werden, um schwarze Löcher zu beschreiben, brechen die Gleichungen zusammen und legen nahe, dass die Dichte eines schwarzen Lochs unendlich ist.

Obwohl das Event Horizon Telescope bislang nur sehr vorläufige Daten geliefert hat, haben Broderick und seine Kollegen sie verwendet, um die Raum-Zeit-Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie zu testen.

"Selbst mit den heute verfügbaren Daten können wir etwas Interessantes über die Struktur höherer Ordnung der astrophysikalischen Schwarzen Löcher sagen", sagte Broderick. "Wir können Abweichungen grundsätzlich von der allgemeinen Relativität unterscheiden.

"Die allgemeine Relativitätstheorie ist jetzt sicher, aber es wird nicht mehr lange sicher sein."