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SCHWARZE LÖCHER
Ereignishorizont im Visier
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
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18. Dezember 2013

Astronomen wollen durch Beobachtungen mit mehreren Radioteleskopen versuchen, den Ereignishorizont des supermassereichen Schwarzen Lochs der Milchstraße abzubilden. Das Projekt BlackHoleCam, an dem Wissenschaftler aus verschiedenen europäischen Instituten beteiligt sind, erhielt jetzt vom Europäischen Forschungsrat eine Förderung von 14 Millionen Euro.

Ereignishorizont

Schatten des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs nach Simulationen auf der Basis von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Bild: M. Moscibrodzka & H. Falcke, Radboud-Universität Nimwegen

Für den Aufbau eines Beobachtungssystems, mit dem erstmals exakte Bilder eines Schwarzen Lochs aufgenommen werden können, hat der Europäische Forschungsrat (ERC) jetzt 14 Millionen Euro bewilligt. Das Team, geleitet von Prof. Heino Falcke von der Radboud-Universität Nimwegen, Prof. Michael Kramer vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und von Prof. Luciano Rezzolla von der Goethe-Universität Frankfurt und dem Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam, will damit Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie Albert Einsteins überprüfen. Die Forscher erhalten mit einem sogenannten "Synergy Grant" die höchstdotierte und begehrteste vom Forschungsrat vergebene Förderung.

Schwarze Löcher können nicht direkt beobachtet werden, weil ihr Gravitationsfeld so stark ist, dass selbst Licht nicht mehr entweichen kann. Für die Grenze, ab der selbst Licht der Anziehungskraft nicht mehr entkommt, den sogenannten Ereignishorizont, gibt es bisher nur theoretische Berechnungen.

"Während die meisten Astrophysiker davon überzeugt sind, dass Schwarze Löcher existieren, hat tatsächlich noch niemand ein Schwarzes Loch sehen können", so Heino Falcke, Professor für Radioastronomie an der Radboud-Universität Nimwegen und am niederländischen Forschungszentrum ASTRON. "Jetzt erst ist die technologische Entwicklung so weit, dass wir Schwarze Löcher abbilden und damit überprüfen können, ob sie so existieren wie vorhergesagt: Ohne Ereignishorizont gibt es auch keine Schwarzen Löcher."

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Diesen Ereignishorizont wollen die Astrophysiker nun erstmals messen, indem sie ins Zentrum unserer Milchstraße schauen. Dort befindet sich Sagittarius A* ein Schwarzes Loch mit etwa der viermillionenfachen Masse unserer Sonne. Aus seiner unmittelbaren Umgebung werden ständig Radiowellen ausgesandt. Es sind die letzten Lebenszeichen von gewaltigen Gasmassen, die den Ereignishorizont überqueren.

Indem Astrophysiker mit verschiedenen Radioteleskopen weltweit die Radiowellen von Sagittarius A* bis an ihren Ursprung verfolgen, hoffen sie, den Ereignishorizont als einen schwarzen Schatten sichtbar machen zu können. Angesichts der Entfernung zum galaktischen Zentrum von etwa 26.000 Lichtjahren sollte dieser jedoch nur etwa so dick wie ein Apfel auf dem Mond erscheinen, den man von der Erde aus betrachtet.

Um so kleine Strukturen detektieren zu können, hatte Falcke schon vor 15 Jahren vorgeschlagen, die von einem weltweiten Netzwerk von Radioteleskopen bei hoher Frequenz gemessenen Signale mit genauen Zeitangaben zu speichern und dann rechnerisch zu vergleichen. Inzwischen gibt es internationale Bemühungen, ein Ereignishorizont-Teleskop nach diesem Prinzip zu konstruieren. "Mit den Mitteln des ERC-Grants und der hervorragenden Kompetenz, über die wir hier in Europa verfügen, können wir diese Pläne nun zusammen mit unseren internationalen Partnern verwirklichen", so Falcke.

Darüber hinaus möchte die Gruppe mithilfe von Radioteleskopen neue Pulsare in der Nähe des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße aufspüren. Pulsare sind schnell rotierende Neutronensterne, die als präzise Uhren im All genutzt werden können. "Ein Pulsar in der direkten Umgebung eines Schwarzen Lochs ist für unsere Forschung von extremem Wert", erklärt Michael Kramer, geschäftsführender Direktor des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn. "Pulsare ermöglichen es uns, die von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagte Krümmung von Raum und Zeit in der Nähe eines Schwarzen Lochs mit bisher unerreichter Genauigkeit zu vermessen."

Bislang wurden im Zentrum der Milchstraße kaum Pulsare gefunden. Eine Ausnahme ist der kürzlich von Kramer und seiner Forschungsgruppe in der Nähe von Sagittarius A* gefundene Pulsar. "Wir vermuten, dass es davon noch mehr gibt. Und dann werden wir sie auch finden", so Kramer.

Um sicher zu sein, dass im Zentrum der Milchstraße tatsächlich ein Schwarzes Loch und nicht etwas anderes ist, wollen die Astrophysiker die experimentellen Daten vom Schatten des Ereignishorizonts und der Bewegung der Pulsare und Sterne im Umkreis von Sagittarius A* mit Computersimulationen vergleichen. Dafür ist Luciano Rezzolla der Experte. Der Professor für Theoretische Astrophysik an der Goethe-Universität leitet auch am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam die Arbeitsgruppe Modellierung von Gravitationswellen.

"Wir können inzwischen sehr präzise berechnen, wie Raum und Zeit durch das immense Gravitationsfeld eines Schwarzen Loches gekrümmt werden und wie Licht und Materie sich in dessen Umfeld bewegen", erklärt Rezzolla. "Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie ist die beste Gravitationstheorie, die wir kennen, aber es ist nicht die einzige. Wir werden diese Beobachtungen nutzen, um herauszufinden, ob Schwarze Löcher, eines der Lieblingskinder unter den astronomischen Objekten, wirklich existieren", so Rezzolla weiter. Schließlich will er mit seinen Kollegen die Gravitationstheorie auf einer Skala überprüfen, die früher dem Bereich des Science Fiction angehörte. "Das wird ein Wendepunkt in der modernen Wissenschaft", prognostiziert der italienischstämmige Astrophysiker.

An dem Projekt BlackHoleCam sind außerdem weitere Partner aus Europa beteiligt. Die Wissenschaftler werden für ihre Untersuchungen Beobachtungen am Radiointerferometer NOEMA und am IRAM-30-Meter-Radioteleskop durchführen, die beide vom deutsch-französisch-spanischen Forschungsinstitut IRAM betrieben werden. Geplant ist zudem eine enge Zusammenarbeit mit dem amerikanischen Event Horizon Telescope-Projekt.

Der Europäische Forschungsrat vergibt "Synergy Grants" für wissenschaftlich exzellente Forschungsvorhaben in einem aufwendigen und durch starke Konkurrenz geprägten Auswahlprozess. Die Zuwendungen betragen höchstens 15 Million Euro und verlangen die Zusammenarbeit von zwei bis vier hauptverantwortlichen Forschern. In der aktuellen Auswahlrunde wählte der ERC von 449 Forschungsanträgen aus allen Bereichen der Wissenschaft 13 Projekte aus. Zum ersten Mal wurde dabei ein Antrag aus der Astrophysik berücksichtigt. 

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siehe auch
Milchstraßenzentrum: Gaswolke nähert sich Schwarzem Loch - 14. Dezember 2011
VLBA: Jagd nach dem Schatten des Schwarzen Lochs - 7. November 2005
Milchstraße: Der Durchmesser des zentralen Schwarzen Lochs - 5. April 2004
Links im WWW
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
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