Verräterische Röntgenstrahlung - scinexx | Das Wissensmagazin
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Verräterische Röntgenstrahlung

Schwarze Löcher können nur indirekt beobachtet werden

Schwarzes Loch nimmt Materie auf und setzt dabei Röntgenstrahlung frei © NASA/CXC

Woher wissen wir eigentlich, dass es Schwarze Löcher gibt? Sie senden keinerlei Strahlung aus, keine Information gelangt jemals aus ihnen heraus, und trotzdem sind sich die Wissenschaftler sicher, dass sie existieren.

Ein Schwarzes Loch benötigt einen massereichen Vorläufer, von denen die nächsten immer noch etliche Lichtjahre von der Erde entfernt sind. Kollabiert solch ein Stern, beträgt der Durchmesser des Ereignishorizontes nur einige zehn Kilometer. Daher hätte ein solches Schwarzes Loch am Himmel einen Durchmesser von nur einem Bruchteil einer Bogensekunde. Selbst wenn es hell leuchten würde, wäre es äußerst schwer zu finden. Dennoch gibt es zahlreiche Hinweise für die Existenz sowohl „normaler“ als auch supermassiver Schwarzer Löcher.

Röntgenstrahlung macht Forschung erst möglich

Passiert ein Schwarzes Loch interstellare Materie oder befindet es sich in der Nähe eines anderen Sterns, kann es durch die Wirkung der Gravitation langsam Materie ansammeln. Wird diese Materie angezogen, nimmt ihre kinetische Energie zu, wird extrem aufgeheizt und durch die Gezeitenkräfte des Loches verdichtet.

Während das Gas immer heißer wird, gibt es Energie in Form von Strahlung ab, besonders im Bereich der Röntgenstrahlung. Kurz bevor die Materie den Ereignishorizont überschreitet, erwarten die Astronomen den Höhepunkt der Röntgenstrahlung, und genau diese Strahlung können sie dann benutzen, um die extremen Bedingungen in der Umgebung des Schwarzen Loches zu erforschen.

Das hört sich einfacher an, als es tatsächlich ist. In einem Doppelsternsystem kann ein Schwarzes Loch Materie von seinem Begleiter abziehen, so dass genügend Röntgenstrahlung emittiert werden sollte, um das Schwarze Loch ausfindig zu machen. Zusätzlich können die Wissenschaftler beispielsweise durch Messung der Umlaufzeiten die Masse des unsichtbaren Begleiters bestimmen und so entscheiden, ob es sich um einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch handelt. 1966 machten sich die Forscher erstmals daran, in Doppelsternsystemen nach Röntgenstrahlung zu suchen. Kurz vorher wurden am Himmel die ersten Röntgenquellen entdeckt. Seitdem wird nach einer Art Signatur gesucht, die eine Strahlungsquelle eindeutig als Schwarzes Loch klassifiziert.

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Röntgensatellit Chandra © NASA/CXC

Wie definiert man ein schwarzes Loch?

Die Masse eines kollabierten Sterns muss mindestens drei Sonnenmassen überschreiten, um als Schwarzes Loch zu gelten, sein Spektrum muss einen charakteristischen Doppelpeak aufweisen und die Röntgenstrahlung eines Schwarzen Loches sollte sehr veränderlich sein. Es ist jedoch bis heute nicht ganz klar, ob diese Charakteristika ausreichend sind, um ein unbekanntes Himmelsobjekt eindeutig als Schwarzes Loch zu identifizieren. Zahlreiche Objekte, allen voran Cygnus X-1, wurden bisher aufgrund solcher Merkmale vorläufig als Schwarze Löcher charakterisiert, es gibt jedoch Wissenschaftler, die immer noch auf endgültige, bestätigende Hinweise warten.

Da Röntgenstrahlung von der Erdatmosphäre absorbiert wird, benutzen die Wissenschaftler hochpräzise Röntgendetektoren, die auf Satelliten angebracht sind und so dem störenden Einfluss der Atmosphäre entgehen. Der modernste Röntgensatellit, der zur Zeit die Erde umkreist, ist Chandra. Auf seiner extrem elliptischen Umlaufbahn hält er sich zu 85 Prozent der Zeit oberhalb der Strahlungsgürtel der Erde auf und kann auf diese Weise 55 Stunden lang ununterbrochen Röntgenquellen im All analysieren.

Besonders hochenergetische Röntgenstrahlung von vergangenen Sternen wird mit Chandra’s Instrumenten empfangen. Verglichen mit früheren Röntgensatelliten haben die Aufnahmen von Chandra eine 50 Mal höhere Auflösung, so dass sich zahlreiche neue Details erkennen lassen. Das Auflösungsvermögen ist so groß, dass Chandra ein Straßenschild auf eine Entfernung von 20 Kilometern erkennen könnte. Auf diese Weise ermöglicht Chandra mit seiner verbesserten Empfindlichkeit genauere Studien von Objekten wie Schwarzen Löchern, Supernovae und dunkler Materie und trägt entscheidend dazu bei, unser Verständnis über Ursprung, Entwicklung und Schicksal des Universums zu vergrößern.

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Stand: 16.03.2001

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Schwarze Löcher
Rätselhafte Phänomene an den Grenzen von Raum und Zeit

Zum Weiterlesen...
Links und Literatur

Ein unsichtbarer Stern, der alles festhält
Die Idee der Schwarzen Löcher ist nicht neu

Die Grenzen eines Schwarzen Loches
Der Schwarzschild Radius

Unendliche Dichte, heißes Gas und Materiejets
Wie ist ein Schwarzes Loch aufgebaut?

Verräterische Röntgenstrahlung
Schwarze Löcher können nur indirekt beobachtet werden

Wenn ein Stern sein Leben aushaucht
Schwarze Löcher von stellarer Masse sind Sternleichen

Ein Monster in ihrer Mitte
Aktive Galaktische Kerne enthalten supermassive Schwarze Löcher

Von Quasaren und Seyfert-Galaxien
Es gibt verschiedene Typen von aktiven Galaxien

Reise in ein Schwarzes Loch
Auswirkungen der Gravitation

Wenn man sich selbst von hinten sieht
Die besonderen optischen Eigenschaften eines Schwarzen Loches

Reisen durch Raum und Zeit
Gibt es Wurmlöcher und Weiße Löcher?

Schwarze Löcher sind nicht schwarz
Virtuelle Teilchen lassen Schwarze Löcher strahlen

Schwarze Löcher sind überall
Der Bedeutung der Schwarzen Löcher auf der Spur

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