Schwarze Löcher sind vielleicht die seltsamsten und mysteriösesten Objekte im bekannten Universum. Niemand hat sie gesehen, aber Wissenschaftler sind sich sicher, dass sie existieren. Sie werden nicht nur von Einstein vorhergesagt, ihre Anwesenheit wird indirekt durch den Einfluss bestätigt, den sie auf die Raumzeit um sie herum haben. Wir wissen etwas über diese Objekte, aber wir wissen nicht noch mehr. Laut Wissenschaftlern können wir durch das Verständnis des Phänomens der Schwarzen Löcher und insbesondere der Prozesse, die in ihren Zentren ablaufen, nicht nur verstehen, sondern auch die grundlegenden Kräfte der Natur kontrollieren, beispielsweise dieselbe Schwerkraft.
Jedes Jahr berichten Wissenschaftler Schritt für Schritt über Entdeckungen im Zusammenhang mit Schwarzen Löchern, die zu einem genaueren Verständnis ihrer Natur führen. Heute werden wir über die zehn neuesten sprechen.
Viele schwarze Löcher mittlerer Masse
Unter den Schwarzen Löchern sind die sogenannten Schwarzen Löcher mittlerer (oder mittlerer) Masse vielleicht die bekanntesten. Dies sind Schwarze Löcher, deren Masse viel größer ist als die Masse von Schwarzen Löchern mit Sterngröße (von 10 bis zu mehreren zehn Sonnenmassen), aber viel weniger als die von supermassiven Schwarzen Löchern (von einer Million bis zu Hunderten von Millionen Sonnenmassen). Früher wurde angenommen, dass diese Art von Schwarzem Loch viel seltener auftritt als die beiden anderen angegebenen Klassen, aber eine kürzlich entdeckte Entdeckung widerlegte diese Meinung.
Im Jahr 2018 fanden Wissenschaftler einen Ort, an dem solche Objekte am häufigsten gefunden werden. Aus bisher ungeklärten Gründen werden schwarze Löcher mittlerer Masse am häufigsten in den Zentren kleiner Galaxien gefunden. Sobald Wissenschaftler es herausgefunden hatten, war das seltene Schwarze Loch nicht mehr selten. Darüber hinaus kann diese Entdeckung dazu beitragen, ein weiteres Rätsel zu lösen, das mit Schwarzen Löchern verbunden ist.
Eine der dringlichsten Fragen der modernen Astronomie ist die Natur supermassiver Schwarzer Löcher. Wissenschaftler können nicht verstehen, wie einige der entdeckten supermassiven Schwarzen Löcher in relativ kompakten Galaxien seit dem Urknall sehr schnell an Größe zugenommen haben. Dieselben schwarzen Löcher mittlerer Masse können auf die richtige Antwort hinweisen. Nach einer der Annahmen könnten supermassive Schwarze Löcher aus Schwarzen Löchern mit durchschnittlicher Masse gewachsen sein, nach einer anderen - sie wurden von Anfang an so geboren. Aber wie? Wissenschaftler können noch keine genaue Antwort geben, aber es scheint, dass sie beginnen, sich in die richtige Richtung zu bewegen.
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Geheimnisvolle Objekte in der Nähe von Schütze A *
Schütze A * ist ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum unserer Galaxie. In den frühen 2000er Jahren entdeckten Wissenschaftler zwei mysteriöse Objekte daneben. Sie wurden als Objekte der G-Klasse bezeichnet und ursprünglich mit Gas- und Staubwolken verwechselt. Das Rätsel begann, nachdem sich diese Objekte dem Schwarzen Loch näherten. Anstatt von der starken Schwerkraft eines supermassiven Schwarzen Lochs auseinandergerissen zu werden, konnten die Objekte G1 und G2 irgendwie überleben.
Im Jahr 2018 entdeckten Wissenschaftler drei weitere Objekte der G-Klasse (G3, G4, G5) in der Nähe von Schütze A *. Die Analyse der über 12 Jahre gesammelten Daten hat das Bild für Astronomen nicht endgültig geklärt. Objekte fallen durch ihre ungewöhnlichen Eigenschaften auf. Alle fünf G-Objekte haben die charakteristischen visuellen Signaturen von Gaswolken, verhalten sich aber wie Sterne von enormer Masse.
Auf dieser Grundlage haben Wissenschaftler angenommen, dass sie auf eine sehr seltene Art von Sternen gestoßen sind, die für unsere Galaxie untypisch ist. Wissenschaftler erklären das Erscheinungsbild dieser Objekte durch die einzigartigen Bedingungen in der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs: Hier können unter dem Einfluss der starken Schwerkraft Doppelsterne zusammenfallen und ein einziges großes Objekt bilden, das von dicken Gas- und Staubhüllen umgeben ist. Dennoch stellen Wissenschaftler fest, dass nicht alle Objekte ähnliche Umlaufbahnen um das Schwarze Loch haben, so dass sie die Natur des Phänomens, das sie gesehen haben, noch nicht genau erklären können.
Das älteste Schwarze Loch
Die Entdeckung des ältesten Schwarzen Lochs ist nicht nur eine Frage des Alters. Die Entdeckung dieses alten Mannes kann uns helfen, viele interessante Rätsel zu lösen, die mit der Zeit verbunden sind, als sich die ersten Sterne im Universum gerade zu entzünden begannen.
Laut Wissenschaftlern wurde das 2017 entdeckte Schwarze Loch ULAS J1342 + 0928 erst etwa 690 Millionen Jahre nach dem Urknall geboren. Als der Kosmos nur 5 Prozent des heutigen Alters betrug, war dieses Schwarze Loch heute bereits 800 Millionen Mal so groß wie die Masse unserer Sonne.
Das Objekt befindet sich etwa 13,1 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt und wurde in den frühen Tagen des Universums gebildet. Diese Periode wird oft als Ära der Reionisierung bezeichnet, als die ersten Sterne, Galaxien, Cluster und Supercluster von Galaxien aufgrund der Anziehungskraft der Gravitation zu erscheinen begannen. Das vollständige Bild der Reionisierung ist den Wissenschaftlern immer noch nicht klar, so dass die in dieser Zeit aufgetretenen Schwarzen Löcher sicherlich eine der interessantesten Quellen für neue Informationen sein können.
Wie oben erwähnt, können Wissenschaftler auch nicht verstehen, wie in so kurzer Zeit nach dem Urknall Schwarze Löcher eine große Menge an Masse ansammeln konnten. Objekte wie ULAS J1342 + 0928 mögen Licht in diese Frage bringen, aber um Schlussfolgerungen zu ziehen, wäre es schön, mindestens ein paar ähnliche Weltraumdinosaurier zu finden. Leider sind Schwarze Löcher aus der Zeit der Reionisierung äußerst selten.
Am schnellsten wachsendes Schwarzes Loch
2018 entdeckten Wissenschaftler das "hungrige" Schwarze Loch im bekannten Universum. Jeden Tag, jede Sekunde verbraucht es eine Masse, die der Masse unserer Sonne entspricht, wodurch es auch schnell wächst. Zum Glück ist sie sehr weit weg. Wenn dieses Monster in der Mitte der Milchstraße wäre, würden die Röntgenstrahlen, die es erzeugt, die Erde von jedem Leben sterilisieren.
Als Wissenschaftler das erste Licht des Quasars J2157-3602 entdeckten, das mit diesem Schwarzen Loch assoziiert ist, wurde sein Alter auf 12 Milliarden Jahre geschätzt. Sobald Wissenschaftler bestätigten, dass sich neben dem Quasar tatsächlich ein Schwarzes Loch befindet, betrug seine Masse bereits etwa 20 Milliarden Sonnenmassen. Derzeit können Astronomen den Grund für das schnelle Wachstum des Schwarzen Lochs nicht erklären.
Das einzige, was über dieses Objekt bekannt ist, ist, dass sein Appetit das umgebende Gas und den Staub so weit erwärmt, dass ihre Helligkeit das Licht fast aller Sterne am Himmel leicht überschattet.
Versteckter Cluster
Ein Galaxienhaufen kann Hunderte oder sogar Tausende von Galaxien enthalten. Diese Cluster werden von Wissenschaftlern als einige der größten Objekte im Universum angesehen. Denken Sie, dass es unmöglich ist, einen solchen Whopper mit einem einzelnen Weltraumobjekt zu verstecken? Sie liegen falsch. Ein Quasar bewies das Gegenteil.
Das entdeckte Objekt hieß PKS1353-341 und sollte ursprünglich eine separate Galaxie mit einer unglaublich hellen zentralen Region sein. Astronomen am Massachusetts Institute of Technology entdeckten jedoch 2018 eine Wahrheit, die seit der Entdeckung des Objekts mehrere Jahrzehnte lang verborgen war. Es stellte sich heraus, dass das Objekt keine Galaxie ist, sondern ein einziger Quasar (eine Region mit heißem Gas, die ein supermassereiches Schwarzes Loch umgibt), die sich im Zentrum eines gesamten Galaxienhaufens befindet, der 2,4 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt liegt.
Der Quasar war so hell, dass er buchstäblich den gesamten umgebenden Raum mit Hunderten von Galaxien in den Schatten stellte. Wissenschaftler vom MIT berechneten seine Helligkeit und es stellte sich heraus, dass es 46 Milliarden Mal heller als die Sonne ist. Laut den Forschern ist eine derart extreme Helligkeit mit der Absorption einer großen Menge umgebenden Materials durch das zentrale supermassive Schwarze Loch verbunden.
Duale Systeme
Ein weiteres Rätsel für Wissenschaftler ist das sogenannte Doppel, dh gepaarte Schwarze Löcher, die sich umeinander wickeln. Fälle von Kollisionen von Schwarzen Löchern wurden bereits in der Vergangenheit von Wissenschaftlern festgestellt. Zwei wurden 2015 und eine weitere 2017 identifiziert. Dank letzterer wurden Wissenschaftler überraschenderweise zum ersten Mal direkte Zeugen eines ebenso seltenen Phänomens.
Im empfangenen Signal der Kollision zweier Schwarzer Löcher wurden Anzeichen von Gravitationswellen der Raumzeit festgestellt - eine Änderung des Gravitationsfeldes, die sich wie Wellen ausbreitet. In diesem Fall wurden beide Schwarzen Löcher nicht zerstört, sondern zu einem Ganzen verschmolzen - einem supermassiven Schwarzen Loch, das noch größer ist als seine Vorfahren.
Wissenschaftler haben zwei Annahmen über die Art des Auftretens von Systemen aus binären Schwarzen Löchern. Demnach erscheinen binäre Schwarze Löcher, wenn binäre Sternensysteme sterben. Nach dem zweiten werden schwarze Löcher unabhängig voneinander gebildet und danach, wenn sie im Raum treiben, unter dem Einfluss von Gravitationskräften voneinander angezogen.
Tödliche Blase
2018 schlugen Physiker ein anderes Szenario der Apokalypse vor: Die Erde könnte durch Schwarze Löcher zerstört werden. Ein Jahr zuvor feierte die wissenschaftliche Welt die Bestätigung der Entdeckung von Gravitationswellen, ein Phänomen, das das Gefüge der Realität ausdehnt und zusammenzieht. Diese Kraft ist tödlich.
In der neuen Theorie sagten Wissenschaftler der Princeton University eines der Szenarien voraus, was passieren könnte, wenn infolge hochenergetischer kosmischer Kataklysmen (z. B. wenn zwei Schwarze Löcher oder zwei Neutronensterne verschmelzen) die resultierenden Gravitationswellen miteinander kollidieren.
Zur Veranschaulichung werden Gravitationswellen häufig mit den Kreisen im Wasser verglichen, die beim Werfen eines Steins auftreten. Wenn sich ein Teilchen oder Objekt jedoch mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, können ebene Gravitationswellen auftreten. Laut Wissenschaftlern könnte ihre Kollision, wenn die Wellen groß genug sind, ein riesiges Schwarzes Loch erzeugen, das Raum und Zeit über einen riesigen Bereich des Weltraums verändern wird.
Wenn dies neben der Erde geschieht, werden nicht nur alle Lebewesen, sondern auch der Planet selbst und das gesamte Sonnensystem ein Ende haben.
Rogue Black Hole
Wissenschaftler haben sich wiederholt über die Möglichkeit des "Auswurfs" von Galaxien aus ihren zentralen Schwarzen Löchern gewundert. Astronomen konnten jedoch lange Zeit keine Beweise für dieses Phänomen finden. Aber im Jahr 2017 präsentierte die Galaxie 3C186 Weltraumforscher eine echte Überraschung.
Laut Wissenschaftlern bestand die Galaxie 3C186 früher aus zwei getrennten Galaxien, die irgendwann in ihrer Geschichte zu einer verschmolzen. Die neue Galaxie nahm anstelle der angeblich ungeordneten Struktur ganz klare Umrisse und Formen an, aber die Hauptüberraschung kam von ihrem Zentrum: Wissenschaftler, die voller Hoffnung waren, ein supermassereiches Schwarzes Loch darin zu finden, fanden überhaupt nichts.
Später wurde das Schwarze Loch noch entdeckt, nur 35.000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum 3C186 entfernt. Als die beiden Sternhaufen kollidierten, kollidierten ihre zentralen galaktischen Schwarzen Löcher und bildeten schließlich ein supermassives Schwarzes Loch. Dieses Ereignis erzeugte höchstwahrscheinlich sehr starke Gravitationswellen, die dieses neu gebildete Schwarze Loch aus der Galaxie verdrängten, erklären Wissenschaftler.
Dies stellte sich jedoch als nicht so einfach heraus, so die Forscher weiter. Der Ausstoß eines Schwarzen Lochs aus dem galaktischen Zentrum erforderte Energie, die der Explosion von 100 Millionen Supernovae entspricht. Wissenschaftler haben immer noch nicht herausgefunden, was dort tatsächlich passiert ist, aber es wird bereits klar, dass es Kräfte gibt, die selbst der Kraft der Schwarzen Löcher selbst standhalten können.
Interessanterweise bewegt sich das schurkische Schwarze Loch weiter in Richtung der Ränder seiner Galaxie. Bei der gegenwärtigen Rate wird es in ungefähr 20 Millionen Jahren vollständig außerhalb davon ausgeworfen.
Zeit umkehren
Schwarze Löcher entstehen, wenn ein Gravitationskollaps (Kontraktion) eines ausreichend massiven Sterns oder der Kollaps des zentralen Teils der Galaxie oder des protogalaktischen Gases auftritt. In diesem Moment wird eine kolossale Menge an Gammastrahlung in den Weltraum geworfen. Letzteres ist wiederum das hellste elektromagnetische Ereignis im Universum und wird von Wissenschaftlern noch nicht vollständig verstanden.
Im Jahr 2018 wurden in den erfassten Gammastrahlensignalen sehr merkwürdige Anzeichen gefunden, die laut Forschern der NASA als "Zeitumkehr" interpretiert werden können. Normalerweise sendet jedes Gammastrahlenereignis eine Signaturwellenform aus, die sich nie wiederholt. Die erkannten Signale enthielten Anomalien, die, wie sich herausstellte, vom Standpunkt eines theoretischen Modells aus nicht erklärt werden konnten. Diese Signale waren spezielle wellenartige Strukturen, die zeitlich gedreht wurden, als ob ihr Anfang am Ende des Bursts und das Ende - in den ersten Momenten des Bursts war.
Für einige Physiker reichte eine solche Beobachtung aus, um Beweise für die Umkehrung der Zeit zu liefern. Nach einer anderen und höchstwahrscheinlich realistischeren Erklärung könnten die Strahlen der Gammastrahlenemission auf ihrem Weg mit einer Materie kollidieren, die den Wellen eine Signatur verlieh, die von Wissenschaftlern für den umgekehrten Zeitverlauf akzeptiert wurde. Es ist durchaus möglich, dass die Strahlen auf eine Art Ansammlung von Materie treffen, die wie eine reflektierende Oberfläche auf sie einwirkt. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass es sich um ein völlig neues Gesetz der Physik handelt, dessen erstes Beispiel Wissenschaftler im Jahr 2018 waren.
Geister verlorener Universen
Im August dieses Jahres gab der britische Physiker an der Universität Oxford, Roger Penrose, eine sehr laute Erklärung ab. Er und sein Team argumentieren, dass es vor dem Aufkommen unseres Universums, dh vor dem Urknall, ein anderes Universum gab. Diese Schlussfolgerung wurde durch eine Reihe von beobachteten Lichtanomalien in der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung ausgelöst, die laut Penrose Lichtspiralen sind, die von Schwarzen Löchern übrig geblieben sind, die zum vorherigen Universum gehörten, das vor dem Urknall existierte.
In einer seiner Theorien schlug der noch berühmtere britische Physiker Stephen Hawking vor, dass Schwarze Löcher verschwinden, nachdem sie den Großteil ihrer Teilchen verloren haben. Diese hypothetischen Teilchen werden Gravitonen genannt. Sie haben keine Masse, keine elektrische oder andere Ladung, aber gleichzeitig Energie und nehmen daher an der Gravitationswechselwirkung teil.
Wenn ein Universum stirbt und ein neues erscheint, werden diese Gravitonen laut Penrose Teil des neuen Universums. Der Wissenschaftler und seine Kollegen sind überzeugt, dass sie diese überlebenden "Überreste" in der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung gefunden haben. Sie nannten die erkannten Lichtanomalien "Stephen Hawkings Punkte". Wenn die Beobachtungen von Wissenschaftlern bestätigt werden, werden wir vor einer ernsthaften Überarbeitung der Urknalltheorie stehen.
Nikolay Khizhnyak
