In einer Entdeckung, die unser Verständnis von Schwerkraft und der Dynamik des Universums revolutioniert, haben Astronomen erstmals direkt ein faszinierendes Phänomen der allgemeinen Relativitätstheorie beobachtet: ein schwarzes Loch, das bei seiner Drehung die Raum-Zeit um sich herum mitreißt. Diese Beobachtung ist nicht nur ein theoretischer Gewinn, sondern bietet Wissenschaftlern ein neues „Fenster“, um die Physik von schwarzen Löchern und ihre Fähigkeit, Materiestrahlen ins All zu schleudern, zu studieren.
Das Lense-Thirring-Phänomen und die „Wirbel“ der Raum-Zeit
Das beobachtete Phänomen wird als „Lense-Thirring-Verschiebung“ bezeichnet. Um es zu verstehen, müssen wir uns eine Kreisel vorstellt, die sich in einem Becher mit Honig dreht. Während sich der Kreisel dreht, beginnt die zähflüssige Substanz, die mit ihm in Kontakt steht, sich ebenfalls zu drehen und bildet einen Wirbel.
Im kosmischen Vergleich ist der „Kreisel“ ein schnell rotierendes schwarzes Loch und der „Honig“ ist die Raum-Zeit selbst. Die Schwerkraft ist so stark, dass sie nicht nur Materie anzieht, sondern das Gewebe von Raum und Zeit verzerrt, wodurch alles, was sich in der Nähe befindet – sogar Licht oder die Trümmer eines unglücklichen Sterns – gezwungen wird, dieser seltsamen, tanzenden Bahn zu folgen.
Der Vorfall AT2020afhd: Ein Stern verrät die Geheimnisse der Schwerkraft
Das Forschungsteam unter der Leitung der Nationalen Astronomischen Observatorien der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, unterstützt von der Cardiff University, konzentrierte sich auf den Vorfall mit dem Code-Namen AT2020afhd. Es handelt sich um ein Ereignis der Gezeitenstörung (Tidal Disruption Event – TDE), bei dem ein Stern zu nahe an einem supermassiven schwarzen Loch vorbeizog und von dessen gezeitenartigen Kräften zerrissen wurde.
Während die Überreste des Sterns eine Akkretionsscheibe um den unsichtbaren „Räuber“ bildeten, wurden Materieausstöße mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen. Die Wissenschaftler bemerkten jedoch etwas Ungewöhnliches: sowohl die Scheibe als auch die Ausstöße waren nicht stabil. Stattdessen zeigten sie eine koordinierte Wobble-Bewegung, die sich im Zyklus von 20 Tagen wiederholte.
Diese periodische Bewegung war der Schlüssel. Sie deutete darauf hin, dass die Rotation des schwarzen Lochs die Ebene der Scheibe und der Ausstöße mitriss, wie es das Phänomen der Lense-Thirring-Verschiebung vorhersagt.
Von der Theorie zum Beweis: Der Beitrag der Technologie
Um dieses schwache Signal aus dem kosmischen Rauschen herauszufiltern, mussten die Forscher Daten von zwei erstklassigen Observatorien kombinieren: dem Weltraumteleskop Swift, das Röntgenstrahlen erfasst, und dem Karl G. Jansky Very Large Array, einer Reihe von Radiotelescopen. Die Analyse der elektromagnetischen Spektren an der Gruppe ermöglichte es, die Zusammensetzung und Struktur der an dem Phänomen beteiligten Materialien zu bestimmen und andere mögliche Erklärungen für das ungewöhnliche Verhalten des Signals auszuschließen.
Im Gegensatz zu früheren TDEs, die stabile Radiosignale aussendeten, zeigte AT2020afhd kurzfristige Schwankungen, die nicht einfach der Freisetzung von Energie zugeschrieben werden konnten. Die einzige Interpretation, die perfekt zu den Daten passte, war die Verzerrung der Raum-Zeit.
Ein Geschenk für Physiker
Dr. Cosimo Inserra von der Cardiff University und Co-Autor der im wissenschaftlichen Journal Science Advances veröffentlichten Studie bezeichnete die Entdeckung als den überzeugendsten Beweis, den wir bisher für die Lense-Thirring-Verschiebung erhalten haben. „Unsere Studie zeigt ein schwarzes Loch, das die Raum-Zeit mit sich zieht, wie es ein Kreisel mit Wasser in einem Wirbel tut. Das ist ein echtes Geschenk für Physiker, da wir Vorhersagen bestätigen, die vor einem Jahrhundert gemacht wurden.“
Eine neue Ära für die Astronomie
Der Erfolg dieser Beobachtung eröffnet eine neue Methode zur Erkennung und Untersuchung von schwarzen Löchern. Bisher basierten Wissenschaftler hauptsächlich auf Masse und Spin, um sie zu charakterisieren. Jetzt fügt die Fähigkeit, ihre Auswirkungen auf das Gewebe von Raum-Zeit zu erkennen, dem Arsenal der Astronomie ein weiteres Werkzeug hinzu.
Mit der Verbesserung der Teleskoptechnologie und der Fähigkeit, komplexe Daten zu analysieren, enthüllt das Universum allmählich seine am besten versteckten Mechanismen. Das Bild eines schwarzen Lochs, das mit der Raum-Zeit „tanzt“ und die Trümmer eines zerstörten Sterns mit sich reißt, erinnert uns daran, dass die Realität da draußen oft seltsamer und faszinierender ist als jede Theorie.
Was denkt ihr über diese Entdeckung? Glaubt ihr, dass es noch weitere Phänomene gibt, die auf uns warten, im Universum entdeckt zu werden?
