"Todes-Spirale" um ein Schwarzes Loch bringt reizvollen Beweis für die Existenz eines Ereignishorizonts zum Vorschein

(HST Press Release Nr. STScI-PR01-03 vom 11. Januar 2001)

Übersetzt durch Roland M. Horn

Das NASA Hubble Space Telescope könnte erstmals - durch das  Beobachten des Verschwindens  von Materie, die jenseits den "Ereignishorizint" fällt - den direkten Beweis für die Existenz eines Schwarzen Lochs, geboten haben.

Joseph F. Dolan vom Goddard Space Flight Center in Greenbelt, MD, beobachtete das Fließen ultravioletten Lichtes aus Büscheln heißen Gases, das schwächer wurde und dann verschwand, als ob es um ein massenreiches, kompaktes Objekt wirbeln würde, das  Cygnus XR-1 genannt wurde. Diese Aktivität ist geradewegs so, wie sie erwartet würde, wenn das heiße Gas in ein Schwarzes Loch fallen würde.

"Wir versuchen die Existenz schwarzer Löcher durch den Erhalt von Beweisen durch Beoachtungen zu begründen, die mehrere exotische Dinge ausschließen - gerade weil vorherige Beobachtungen von potentiellen Schwarzen Löchern  weniger exotische Dinge ausgeschlossen haben,"  sagte Dolan, der seine Befunde heute auf dem Treffen der American Astronomical Society in San Diego, Kalifornien vorstellte.

Ein Ereignis-Horizont ist jene mysteriöse Region, die ein Schwarzes Loch umgibt, das für immer Licht  und nahegelegene herumirrende Materie einfängt. Nach der Definition kann kein anderes Objekt als ein Schwarzes Loch einen Ereignishorizont besitzen.

Schwarze Löcher waren aus Beobachtungen der furiosen Strudel-Bewegung  eingefangenen Gases und der Schätzung, wie viel Masse in die kleine durch das Schwarze Loch belegte Weltraum-Region gepackt ist, abgeleitet worden.

Vorherige Röntgen-Beobachungen haben durch das Vermessen potentieller Schwarzer Löcher,  die scheinbar neahezu ein hundert Mal so viel Energie als sie ausstrahlen, verschlucken, ebenfalls Beweise für einen Ereignishorizont geboten. Diese Resultate implizieren, dass Billionen-Grad Gas in den Abgrund eines Ereignishorzonts fällt, ähnlich Wasser über dem Knick eines Wasserfalls. Doch niemand hat jemals gesehen, was tatsächlich mit einem Stück Materie, das in den Ereignishorizont fällt, geschieht, ähnlich Wasser, das in einem Abfluss hinterfließt. Das Geheimnis lag  in nahezu jahrzehntehnte alten Hubble-Daten, die sorgfältige Analysen nötig hatten, versteckt.

Dolan riet zur Vorsicht, denn seine Hubble-Schwarze-Loch-Beobachtungen wurden  leiglich durch zwei einfallende Ereignisse gemacht. Das bedeutet, es gibt eine begrenzte Chance, dass die Signatur einfach  ein statistischer Glücksfall sein könnte, der das Verhalten der Materie nahe eines Schwarzen Loches imitierte. Doch Dolan betonte, dass die Befunde konstistent mit dem, was Astsronomen erwarten würden, wenn Materie tatsächlich in ein Schwarzes Loch fallen würde, erwarten würden.

Die Entdeckung leitet sich aus der detaillierten statistische Analyse einer Beobachtung eines der ersten Schwarzen Löcher, die jemals beobachtet wurden, Cygnus XR1, das 6.000 Lj. von der Erde im Sommersternbild Cygnus (der Schwan) liegt, aus dem Jahr 1992 ab.

Hubble sah nicht den Ereignis-Horizont - er ist zu klein und zu weit entfernt - aber stattdessenn maß es chaotische Fluktuationen in ultraviolettem Licht aus kochendem Gas, das im Orbit um das Schwarze Loch gefangen war. Hubble fand zwei Beispiele einer sogenannten sterbende-Impuls-Kette, die rapide verfällt - genau regelmäßig aufeinander folgende Lichtblitze aus einem heißen Klecks sich ein schwarzes Loch hinein windendes Gases.

Diese Signatur stimmt mit Theorien dessen überein, was Wissenschaftler zu sehen darüber vorhersagen würden, wenn Materie so nahe in Richtung Ereignis-Horizont fallen würde, dass sein Licht, wenn es durch die durch die Gravidität zu immer längerer Wellenlänge  gedehnt ist, rapide verblasst. Ohne einen Ereignishorizont wäre der Klecks heller, wenn er auf die Oberfläche des angeachsenen Körpers aufschlagen würde. Stattdessen wechselt das Gas, wenn Zeit und Raum keine praktische Bedeutung mehr haben,  in ein Zwielicht-Zonen-Reich über. Aufgrund der gravitationellen Dehnung des Lichts (ein Effekt, der "Rotverschiebung" genannt wird), verschwand das Objekt aus Hubbles Sicht, bevor es tatsächlich den Ereignishorizont erreichte. Der Pulsschlag des Kleckses - ein Effekt, der durch die intensive Anziehung des Schwarzen Loches verursacht wird - ist ebenfalls verkürzt, wenn es dichter an den Ereignishorizont fällt.

Die Signaturen zu finden, war keine einfache Aufgabe. Hubbles Hochgeschwindigkeits-Photometer (ein sehr schneller Lichtmesser) sammelte während dreier sperater Hubble-Umläufe Licht, jede durchgeführt im Juni, Juli und August 1992, im Tempo von 100.000 Messungen pro Sekunde. Die Beobachtung lieferte eine Milliarde Daten-Sätze, die, wenn sie in eine Tabelle ausgedruckt würden, sich über 600 Meilen erstrecken würden! Hubbles Ultraviolett-Fähigkeit bot es die Möglichkeit, das lichtschwachen Flackern des Materials innerhalb von 1 Mio. Meilen des Ereignis-Horizonts zu sehen.

Dolan "grub" die enorme Datenbank jahrelang immer weiter herunter . "Nach dem Verfall-Puls-Zug zu sehen, war wie nach der sprichwörtlichen Nadel im Heuhaufen zu suchen, sagte er. "Oder anders gesagt, es war wie ein spezielles Wort ein einer stundenlangen Morsecode-Übermittlung heraus zu hören."

Er fand zwei Beispiele von Einfall-Ereignissen. Ein Ereigniss hatte sechs Verfall-Impulse; die andere hatte sieben Impulse. Die Impulse umfassten einen Intervall von lediglich 0,2 Sekunden, bevor der Klecks für immer aus der Sicht verschwand.

Todesspirale

Dynamische Modelle sagten vorher, dass Gas von Cagnus XR-1's Begleitstern ununterbrochen in das Schwarze Loch fällt. Das Gas kann nicht direkt einfallen, aber stattdessen in eine planierte Pfannkuchen genannte Accretations-Scheibe wirbeln.  Die Viskosität in der Akkretationscheibe sorgt dafür, dass sich das Gas in einer Spirale hinab zum Ereignishorizont windet. Etwa 1000 Meilen über dem Ereignis-Horizont  (im Falle Schwarzer Löcher von stellarer Masse) verschwindet die Scheibe, weil Gas nicht länger ein stabiles Orbit aufrecht erhalten kann. Das rührt vom Dehnen der Raumzeit  durch das intensive Schwerkraft-Feld dess Schwarzen Lochs her. Stattdessen bricht der Klecks heißen Gases vom inneren Ring der Scheibe ab, ähnlich Eisbergen von einem Eis-Schelf. Der Klecks sprudelt dann hinab zum Ereignis-Horizont. Aufgrund der Gravitations-Effekte auf Licht nahe dem Schwarzen Loch scheint der Klecks zu pulsieren, als ob er jede Sekunde tausende von Umläufen um das Schwarze Loch durchführen würde. Wenn er in die Akkretationsscheibe hineinfällt, streckt sich das Licht  aufgrund der Verzerrung der Raum-Zeit durch durch die intensive Gravition des Schwarzen Lochs schnell zu immer längeren Wellenlängen.

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