Was genau sollten wir sehen, wenn ein Stern in den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs spritzt?
Im Zentrum unserer Milchstraße wohnt ein Ungetüm. Ein Objekt, das so massiv ist, dass nichts seiner Anziehungskraft entkommen kann, nicht einmal Licht. Tatsächlich glauben wir, dass die meisten Galaxien eine davon haben. Sie sind natürlich Supermassive Schwarze Löcher .
Supermassereiche Schwarze Löcher sind Sterne, die zu einer Singularität zusammengebrochen sind. Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagte ihre Existenz voraus. Und diese Schwarzen Löcher sind von einem sogenannten An umgeben Ereignishorizont , was sozusagen der Punkt ist, an dem es kein Zurück mehr gibt, wenn etwas dem Schwarzen Loch zu nahe kommt. Aber die Existenz des Ereignishorizonts hat noch niemand wirklich bewiesen.
Einige Theoretiker glauben, dass etwas anderes im Zentrum von Galaxien liegen könnte, ein supermassereiches Objektereignis, das seltsamer ist als ein supermassereiches Schwarzes Loch. Theoretiker glauben, dass diese Objekte irgendwie dem Schicksal eines Schwarzen Lochs entgangen sind und nicht zu einer Singularität zusammengebrochen sind. Sie hätten keinen Ereignishorizont und stattdessen eine feste Oberfläche.
„Unser ganzes Anliegen hier ist es, diese Idee eines Ereignishorizonts in eine experimentelle Wissenschaft zu verwandeln und herauszufinden, ob Ereignishorizonte wirklich existieren oder nicht“, – Pawan Kumar, Professor für Astrophysik an der University of Texas in Austin.
Ein Forscherteam der University of Texas in Austin und der Harvard University hat sich dem Problem angenommen. Wenbin Lu, Pawan Kumar und Ramesh Narayan wollten etwas Licht in das Ereignishorizontproblem bringen. Sie fragten sich über das feste Oberflächenobjekt und was passieren würde, wenn ein Objekt wie ein Stern damit kollidierte. Sie haben veröffentlicht ihre Ergebnisse in dem Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society .
Künstlerische Konzeption des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs. Bildnachweis: Victor de Schwanberg/Science Photo Library
„Unser ganzes Anliegen hier ist es, diese Idee eines Ereignishorizonts in eine experimentelle Wissenschaft zu verwandeln und herauszufinden, ob Ereignishorizonte wirklich existieren oder nicht“, sagte Pawan Kumar, Professor für Astrophysik an der University of Texas in Austin, in a Pressemitteilung .
Da ein Schwarzes Loch ein zu einer Singularität kollabierter Stern ist, hat es keine Oberfläche, sondern einen Ereignishorizont. Aber wenn sich die andere Theorie als wahr herausstellt und das Objekt eine feste Oberfläche anstelle eines Ereignishorizonts hat, dann würde jedes Objekt, das damit kollidiert, zerstört werden. Wenn ein Stern mit dieser harten Oberfläche kollidieren und zerstört werden sollte, vermutete das Team, dann würde das Gas des Sterns das Objekt einhüllen und für Monate oder sogar Jahre hell leuchten.
Dies ist die erste in einer Folge von zwei künstlerischen Eindrücken, die eine riesige, massereiche Kugel im Zentrum einer Galaxie anstelle eines supermassiven Schwarzen Lochs zeigt. Hier bewegt sich ein Stern auf die harte Oberfläche der Kugel zu und zerschmettert sie dann, wobei Trümmer herausgeschleudert werden. Der Aufprall erwärmt die Kollisionsstelle. Bild:
Mark A. Garlick/CfA
In dieser zweiten künstlerischen Darstellung ist eine riesige Kugel im Zentrum einer Galaxie zu sehen, nachdem ein Stern damit kollidiert ist. Durch dieses Ereignis werden enorme Wärmemengen und eine dramatische Zunahme der Helligkeit der Kugel erzeugt. Die fehlende Beobachtung solcher Flares aus dem Zentrum von Galaxien lässt dieses hypothetische Szenario fast vollständig ausschließen. Bild: Mark A. Garlick/CfA
Wenn dies der Fall war, wusste das Team, wonach es zu suchen hatte. Sie haben auch herausgefunden, wie oft dies passieren würde.
'Wir haben die Rate der Sterne geschätzt, die auf supermassive Schwarze Löcher fallen', sagte Lu im selben Bericht Pressemitteilung . „Fast jede Galaxie hat eine. Wir haben nur die massivsten betrachtet, die etwa 100 Millionen Sonnenmassen oder mehr wiegen. Es gibt ungefähr eine Million von ihnen innerhalb von wenigen Milliarden Lichtjahren von der Erde.“
Jetzt brauchten sie eine Möglichkeit, den Himmel nach diesen Objekten abzusuchen, und sie fanden sie in den Archiven des Pan-STARRS-Teleskops. Pan-STARRS ist ein 1,8-Meter-Teleskop auf Hawaii. Dieses Teleskop hat kürzlich eine Vermessung der Hälfte der nördlichen Hemisphäre des Himmels abgeschlossen. In dieser Untersuchung verbrachte Pan-STAARS 3,5 Jahre damit, nach vorübergehenden Objekten am Himmel zu suchen, Objekten, die aufhellen und dann verblassen. Sie durchsuchten die Pan-STARR-Archive nach vorübergehenden Objekten mit der Signatur, die sie von Sternen vorhergesagt hatten, die mit diesen supermassiven Objekten mit harter Oberfläche kollidierten.
Das Trio sagte voraus, dass in dem von der Pan-STAARS-Untersuchung erfassten Zeitrahmen von 3,5 Jahren 10 dieser Kollisionen auftreten würden und in den Daten dargestellt werden sollten.
'Es stellte sich heraus, dass es mehr als 10 von ihnen hätte erkennen müssen, wenn die Theorie der harten Oberfläche wahr ist.' – Wenbin Lu, Dept. of Astronomy, University of Texas at Austin.
„Angesichts der Geschwindigkeit, mit der Sterne auf Schwarze Löcher fallen, und der Anzahl der Schwarzen Löcher im nahen Universum haben wir berechnet, wie viele solcher Transienten Pan-STARRS über einen Betriebszeitraum von 3,5 Jahren hätte erkennen müssen. Es stellte sich heraus, dass es mehr als 10 von ihnen hätte erkennen müssen, wenn die Theorie der harten Oberfläche wahr ist “, sagte Lu.
Das Team fand keines der Aufflackern, die sie erwartet hatten, um zu sehen, ob die Theorie der harten Oberfläche wahr ist.
„Unsere Arbeit impliziert, dass einige und vielleicht alle Schwarzen Löcher Ereignishorizonte haben…“ – Ramesh Narayan, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Was wie ein Misserfolg erscheinen mag, ist natürlich keiner. Jedenfalls nicht für Einstein. Dies stellt einen weiteren erfolgreichen Test von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie dar, der zeigt, dass der in seiner Theorie vorhergesagte Ereignishorizont zu existieren scheint.
Was das Team betrifft, so haben sie die Idee noch nicht aufgegeben. Tatsächlich, so Pawan Kumar, Professor für Astrophysik an der University of Texas in Austin: „Unser Motiv ist nicht so sehr, nachzuweisen, dass es eine harte Oberfläche gibt, sondern die Grenzen des Wissens zu verschieben und konkrete Beweise dafür zu finden, dass es sie wirklich gibt.“ ein Ereignishorizont um Schwarze Löcher.“
„Die Allgemeine Relativitätstheorie hat einen weiteren kritischen Test bestanden.“ – Ramesh Narayan, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
„Unsere Arbeit impliziert, dass einige und vielleicht alle Schwarzen Löcher Ereignishorizonte haben und dass Material wirklich aus dem beobachtbaren Universum verschwindet, wenn es in diese exotischen Objekte gezogen wird, wie wir es seit Jahrzehnten erwartet haben“, sagte Narayan. „Die Allgemeine Relativitätstheorie hat einen weiteren kritischen Test bestanden.“
Das Team plant, weiterhin nach den Aufflackern zu suchen, die mit der Theorie der harten Oberfläche verbunden sind. Ihr Blick in die Pan-STARRS-Daten war nur ihr erster Versuch.
Künstlerische Illustration des Large Synoptic Survey Telescope mit simuliertem Nachthimmel. Das Team hofft, mit dem LSST seine Suche nach supermassiven Objekten mit harter Oberfläche weiter verfeinern zu können. Bild: Todd Mason, Mason Productions Inc. / LSST Corporation
Sie hoffen, ihren Test mit dem kommenden zu verbessern Großes synoptisches Vermessungsteleskop (LSST) in Chile gebaut. Das LSST ist ein Weitfeldteleskop, das über einen Zeitraum von zehn Jahren alle 20 Sekunden Bilder des Nachthimmels aufnimmt. Alle paar Nächte liefert uns das LSST ein Bild des gesamten verfügbaren Nachthimmels. Dies wird das Studium von transienten Objekten viel einfacher und effektiver machen.
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Quellen: