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Das Schwarze Loch von M 87 und die Theorie
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Frankfurt
astronews.com
28. Mai 2021
Forschende haben im Rahmen der Event-Horizon-Telescope-Kollaboration
die Daten ihrer Beobachtungen des Schwarzen Lochs in M 87 ausgewertet und damit
Albert Einsteins Relativitätstheorie überprüft. Den Tests zufolge stimmt die
Größe des Schattens des Schwarzen Lochs sehr gut überein mit den Eigenschaften
eines Schwarzen Lochs, wie es die Allgemeine Relativitätstheorie erwarten lässt.
Der Schatten des Schwarzen Loch von Messier
87.
Bild: EHT-Kollaboration [Großansicht] |
Wie der deutsche Astronom Karl Schwarzschild erstmals aufzeigte,
krümmen Schwarze Löcher aufgrund ihrer extremen Konzentration an Masse die
Raumzeit extrem stark und heizen die Materie in ihrer Umgebung auf, sodass diese
zu leuchten beginnt. Der neuseeländische Physiker Roy Kerr konnte zeigen, dass
Rotation die Größe eines Schwarzen Lochs und den Raum in seiner Umgebung ändert.
Den "Rand" eines Schwarzen Lochs stellt der sogenannte Ereignishorizont dar,
die Grenze um die Massekonzentration herum, jenseits der Licht und Materie nicht
entkommen können und die das Schwarze Loch schwarz macht. Schwarze Löcher
können, so sagen Theorien es voraus, durch eine Reihe von Eigenschaften
beschrieben werden, durch ihre Masse, Rotation ("Spin") und eine Vielzahl
möglicher Ladungen.
Zusätzlich zur Beschreibung von Schwarzen Löchern nach der Allgemeinen
Relativitätstheorie lassen sich Schwarze Löcher etwa mit Theorien beschreiben,
die sich aus der String-Theorie herleiten. Diese Art von Theorien nimmt ein
zusätzliches skalares Feld in der zugrundeliegenden Physik an, das bei Schwarzen
Löchern zu beobachtbaren Veränderungen in ihrer Größe wie auch der Krümmung des
Raums in ihrer Umgebung führt.
Die Physiker Dr. Prashant Kocherlakota und Prof. Luciano Rezzolla vom
Institut für Theoretische Physik der Goethe-Universität Frankfurt haben nun
überprüft, wie die verschiedenen Theorien zu den Beobachtungsdaten des
supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M 87 passen. Das Bild
von M 87, das 2019 von der weltumspannenden Event Horizon Telescope-Kollaboration
gemacht wurde, war nach der Messung von Gravitationswellen 2015 der erste
experimentelle Beweis für die tatsächliche Existenz von Schwarzen Löchern.
Das Ergebnis der Frankfurter Untersuchungen: Die Daten des Schwarzen Lochs in
M 87 stimmen vollständig überein mit den auf Einstein basierenden Theorien und
zu einem gewissen Teil mit den String-basierten Theorien. "Durch die von der
Event Horizon Telescope-Kollaboration aufgezeichneten Daten können wir nun
verschiedene Theorien zu Schwarzen Löchern testen", so Kocherlakota. "Derzeit
können wir noch keine der Theorien zur Beschreibung des Schattens des Schwarzen
Lochs von M 87 verwerfen, aber mit unseren Berechnungen schränken wir den
Gültigkeitsraum der Modelle von Schwarzen Löchern ein."
"Die Idee eines Schwarzen Lochs ist für uns theoretische Physiker
gleichzeitig eine Quelle von Problemen und der Inspiration", erläutert Rezzolla.
"Während wir immer noch mit einigen der Konsequenzen von Schwarzen Löchern
kämpfen, wie zum Beispiel den Phänomenen 'Ereignishorizont' oder 'Singularität',
freuen wir uns, wenn wir Lösungen zur Beschreibung von Schwarzen Löchern in
immer weiteren Theorien finden. Ergebnisse wie die jetzt von uns vorgestellten
sind daher wichtig um zu bestimmen, welche Theorien plausibel sind und welche
nicht. Neue Beobachtungen Schwarzer Löcher werden unsere ersten Eingrenzungen
der Theorien weiter präzisieren."
In der Event-Horizon-Telescope-Kollaboration sind Teleskope von Observatorien
rund um den Globus zu einem virtuellen Riesenteleskop zusammengeschaltet, dessen
virtuelle Schüssel so groß ist wie die Erde selber. Über ihre Untersuchungen
berichtet die Kollaboration in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift
Physical Review D erschienen ist.
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