Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Trio von Schwarzen Löchern verändert Raum-Zeit

25.06.2014

Astronomen haben ein System von gleich drei einander umkreisenden supermassereichen Schwarzen Löcher in einer fernen Galaxie entdeckt. Es handelt sich dabei um das bisher kleinste gefundene Trio solcher Objekte. Die Entdeckung lässt vermuten, dass derartige Systeme weitaus häufiger vorkommen als bisher angenommen.

Ein internationales Forscherteam, darunter Hans-Rainer Klöckner (MPIfR), hat VLBI-Beobachtungen bei mehreren Frequenzen durchgeführt, um die beiden eng benachbarten Schwarzen Löcher im Detail zu untersuchen. Bei diesen Beobachtungen war das Radioteleskop Effelsberg im Rahmen des Europäischen VLBI-Netzwerks (EVN) beteiligt.


Szenario mit drei supermassereichen Schwarzen Löchern, von denen sich zwei in extrem geringem Abstand voneinander umkreisen. Durch den Einfluss des nahen Begleiters wird dabei die Richtung, in die Materiejets abgestrahlt werden, verändert (helikale Kurve in Blau). Das dritte Schwarze Loch ist ebenfalls Teil des Systems, aber in wesentlich größerem Abstand. Die Richtung der dort abgestrahlten Jets (in Rot) wird daher nicht verändert.

© Roger Deane (großes Bild); NASA Goddard (Inset unten links, gegenüber der Vorlage verändert).


Weltkarte mit Radioteleskopen des europäischen EVN-Netzwerks. Beobachtungen des Quasars SDSS J1502+1115 bei 1,7 und 5 GHz Frequenz wurden mit diesem Netzwerk durchgeführt.

© EVN/JIVE

Es wird angenommen, dass die Verschmelzung („Merger“) von Galaxien bei deren Entwicklung eine wichtige Rolle spielt. Dadurch sollten bei einigen Galaxien zu bestimmten Zeiten auch Mehrfachsysteme von supermassereichen Schwarzen Löchern auftreten. Das hier untersuchte Objekt wurde im Rahmen der Sloane-Himmelskartierung (Sloane Digital Sky Survey, SDSS) entdeckt und trägt die Katalognummer SDSS J1502+1115.

Es handelt sich dabei um einen Quasar, den Kernbereich einer aktiven Galaxie mit der Rotverschiebung von z = 0.39, das entspricht einer Entfernung von mehr als vier Milliarden Lichtjahren. In dieser Galaxie wurde ein Dreifachsystem von supermassereichen Schwarzen Löchern mit einem Ausmaß von 25.000 Lichtjahren entdeckt, wobei zwei Komponenten einander in einem extrem geringen Abstand von weniger als 500 Lichtjahren umkreisen.

“Das Außergewöhnliche für mich dabei ist, dass diese beiden Schwarzen Löcher einen extremen Bereich von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie erfassen; sie umkreisen einander mit gleich 300facher Schallgeschwindigkeit“, sagt Roger Deane von der Cape-Town-Universität in Südafrika, der Erstautor der Veröffentlichung. „Und nicht nur das, durch die Kombination der von Radioteleskopen auf vier Kontinenten empfangenen Signale konnten wir dieses exotische Sternsystem in einer Entfernung erkunden, die einem Drittel der kompletten Wegstrecke durch das Universum entspricht. Ich finde es aufregend, dass wir damit grad mal an der Oberfläche einer ganzen Liste zukünftiger Entdeckungen gekratzt haben, die durch das „Square Kilometre Array“ möglich werden.“

Die Untersuchung derartiger Galaxiensysteme ist in mehrfacher Hinsicht von Interesse. Bei der Galaxienentwicklung spielen Schwarze Löcher eine wichtige Rolle, und die Verschmelzung von Schwarzen Löchern dürfte dafür den Schlüssel darstellen. Darüber hinaus stellen massereiche Systeme, die einander in so geringem Abstand umkreisen, nach der Allgemeinen Relativitätstheorie eine Quelle von Gravitationswellen dar. Die zukünftigen Radioteleskope wie das „Square Kilometre Array“ (SKA) werden die Gravitationswellen durch das Schrumpfen der Umlaufbahnen unmittelbar vermessen können.

Im Moment weiß man noch recht wenig über Systeme von Schwarzen Löchern in so geringem Abstand voneinander und über die unmittelbar abgestrahlten Gravitationswellen. „Unsere Entdeckung lässt nicht nur vermuten, dass dermaßen dicht zusammenstehende Paare von Schwarzen Löchern viel häufiger vorkommen als ursprünglich angenommen, sondern auch, dass Radioteleskope wie MeerKAT in Südafrika oder das afrikanische VLBI-Netzwerk direkt zur Entdeckung und zum Verständnis der Signale von Gravitationswellen beitragen werden“, sagt Matt Jarvis, Professor in Oxford und an der Western-Cape-Universität. „In Zukunft wird uns das SKA das Auffinden und die detaillierte Untersuchung solcher Systeme im Detail ermöglichen, und damit ein wesentlich besseres Verständnis dafür, in welchem Maße massereiche Schwarze Löcher zur Bildung und Entwicklung von Galaxien in der Geschichte des Universums beitragen.“

Die VLBI-Beobachtungstechnik war ausschlaggebend für die Entdeckung der beiden inneren Schwarzen Löcher; es handelt sich dabei um das Paar mit dem zweitkleinsten bisher bekannten Abstand zwischen supermassereichen Schwarzen Löchern. Roger Deane und seine Ko-autoren zeigen, dass ein solches Paar von Schwarzen Löchern sich auch durch Beobachtungsergebnisse auf wesentlich größerer Längenskala verrät. Die Bahnbewegung des Schwarzen Lochs verrät sich in der Orientierung der Materiestrahlen oder Jets, die dann nicht mehr linear abgestrahlt werden, sondern eine deutliche Verbiegung in eine helix- oder korkenzieherförmige Gestalt aufweisen. Wenn beide Komponenten nun so dicht zusammenstehen, dass sie selbst mit den besten Teleskopen nicht mehr getrennt werden können, ermöglichen die verbogenen Jets immer noch einen Rückschluss auf das zentrale System, ähnlich wie bei einer Leuchtfackel zur Bestimmung der Position auf hoher See. Dadurch tut sich ein erfolgversprechender Weg auf, mit empfindlichen Radioteleskopen der Zukunft wie MeerKAT und vor allem dem SKA binäre Schwarze Löcher noch wesentlich effektiver aufzuspüren.

“Wir haben damit sozusagen die erste Nadel im Heuhaufen des mittelalten Universums aufgespürt, und ich hoffe, dass wir noch wesentlich mehr davon und vor allem noch dichter zusammenstehende Paare von Schwarzen Löchern finden werden“, schließt Hans-Rainer Klöckner vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Ko-Autor der Veröffentlichung.

„Diese engen Binärsysteme können uns nicht nur etwas darüber verraten, wie Schwarze Löcher wachsen und wie sie die Raum-Zeit in ihrer Umgebung beeinflussen, sondern auch etwas zum Verständnis des Zusammenspiels zwischen den Jets und der Akkretionsscheibe in der unmittelbaren Umgebung der Schwarzen Löcher beitragen.“ Die neue Entdeckung ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie Radioastronomie in unserer Zeit abläuft: als enge Zusammenarbeit im Rahmen eines internationalen Teams, wobei Beobachtungsdaten von unterschiedlichen, über die ganze Erde verteilten Instrumenten zum Ergebnis beitragen.

In Zukunft ist diesbezüglich noch eine Menge mehr zu erwarten, vor allem durch das SKA, das bei weitem größte Radioteleskop, das zur Zeit in internationaler Zusammenarbeit konzipiert wird. Es bleibt zu hoffen, dass in Deutschland dieses Projekt auch in Zukunft unterstützt wird und sich Forscher und Ingenieure weiterhin beim SKA-Projekt beteiligen können.

Originalveröffentlichung:

A close-pair binary in a distant triple supermassive black-hole system, by R. P. Deane, Z. Paragi, M. J. Jarvis, M. Coriat, G. Bernardi, R. P. Fender, S. Frey, I. Heywood, H.-R. Klöckner, K. Grainge & C. Rumsey, Nature Online, June 25, 2014.
http://dx.doi.org/10.1038/nature13454 (nach Ablauf der Sperrfrist)

Lokaler Kontakt:

Dr. Hans-Rainer Klöckner
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49 228-525-31
E-Mail: hkloeckner@mpifr-bonn.mpg.de

Dr. Norbert Junkes,
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie.
Fon: +49(0)228-525-399
E-mail: njunkes@mpifr-bonn.mpg.de

Internationaler Kontakt:

Dr. Roger Deane
University of Cape Town, South Africa
Fon: +27 78 582-2308
E-Mail: roger.deane@ast.uct.ac.za

Weitere Informationen:

http://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressemeldungen/2014/7

Norbert Junkes | Max-Planck-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Der überraschend schnelle Fall des Felix Baumgartner
14.12.2017 | Technische Universität München

nachricht Eine blühende Sternentstehungsregion
14.12.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Was für IT-Manager jetzt wichtig ist

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

30 Baufritz-Läufer beim 25. Erkheimer Nikolaus-Straßenlauf

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungsnachrichten