1916 vollendete Albert Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie, eine Reise, die 1905 mit seinen Versuchen begann, Newtons Gravitationstheorien mit den Gesetzen des Elektromagnetismus in Einklang zu bringen. Nach ihrer Fertigstellung lieferte Einsteins Theorie eine vereinheitlichende Beschreibung der Gravitation als einer geometrischen Eigenschaft des Universums, in der massive Objekte die Krümmung der Raumzeit verändern und alles um sie herum beeinflussen.

Darüber hinaus sagen Einsteins Feldgleichungen die Existenz von Schwarzen Löchern voraus, Objekten, die so massiv sind, dass selbst Licht nicht aus ihrer Oberfläche entweichen kann. GR sagt auch voraus, dass Schwarze Löcher das Licht in ihrer Nähe biegen werden, ein Effekt, den Astronomen nutzen können, um entfernte Objekte zu erkennen. Mit dieser Technik hat ein internationales Wissenschaftlerteam eine beispiellose Leistung vollbracht, indem es das Licht beobachtet, das durch das Röntgenlicht hinter einem Schwarzen Loch entsteht.

Das Team wurde von Dr. Dan Wilkins geleitet, einem Astrophysiker am Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology der Stanford University und Astrophysiker. NASA Einsteins Klassenkamerad. Er wurde von Forschern der Saint Mary’s University in Halifax, Nova Scotia, unterstützt. Das Institute of Gravity and the Universe at Penn State und das niederländische SRON Institute for Space Research.

Illustration, wie Licht hinter einem Schwarzen Loch reflektiert wird. Bildnachweis: ESA

Mit den XMM-Newton-Weltraumteleskopen der ESA und dem NuSTAR der NASA beobachteten Wilkins und sein Team helle Röntgenstrahlen, die von einer supermassiven Masse ausgingen. Schwarzes Loch (SMBH) befindet sich im Zentrum von I Zwicky 1 – einer Spiralgalaxie, die sich 1800 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Astronomen hatten dies nicht erwartet, aber aufgrund der starken Schwerkraft des SMBH-Lochs (das aus 10 Millionen Sonnenmassen stammt) sind Flares von hinten für XMM-Newton und NuSTAR sichtbar.

Die Entdeckung wurde im Rahmen einer Umfrage gemacht, die darauf abzielte, mehr über das helle und mysteriöse Röntgenlicht zu erfahren, das den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs umgibt. Es wird angenommen, dass dieser „Halo“ (wie er genannt wird) dadurch verursacht wird, dass ständig Gas in das Schwarze Loch fällt und eine rotierende Scheibe um es herum bildet. Wird der Ring auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, erwärmt er sich auf Millionen Grad und erzeugt Magnetfelder, die sich zu Knoten verdrehen.

Schließlich drehen sich diese Felder bis zu dem Punkt, an dem sie explodieren und geben die gesamte darin gespeicherte Energie frei. Diese Energie wird dann auf Material in der umgebenden Scheibe übertragen, wodurch ein „Halo“ aus hochenergetischen Röntgenelektronen entsteht. Die Röntgeneruptionen waren für Wilkins und sein Team zunächst in Form von Lichtechos sichtbar, die von der Anlagerung von Gasteilchen auf der Oberfläche des Schwarzen Lochs reflektiert wurden.

In diesem Fall war das beobachtete Röntgenlicht so hell, dass einige Röntgenstrahlen Licht auf die in das Schwarze Loch fallende Gasscheibe werfen. Als die Fackeln zurückgingen, nahmen Teleskope schwächere Blitze auf, die Echos von Fackeln waren, die von Gas hinter dem Schwarzen Loch abprallten. Das Licht dieser Blitze wurde von der intensiven Gravitation des Schwarzen Lochs reflektiert und wurde für Teleskope sichtbar, jedoch mit leichter Verzögerung.

Diese Abbildung zeigt die Röntgenmission XMM-Newton, den bisher größten Wissenschaftssatelliten der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) in der Erdumlaufbahn. Bildnachweis: ESA/D. Ducrosse

Das Team konnte die Quelle der Röntgenblitze anhand der spezifischen „Farben“ des emittierten Lichts (seine spezifische Wellenlänge) bestimmen. Die Farben der Röntgenstrahlen, die von der anderen Seite des Schwarzen Lochs kamen, veränderten sich aufgrund der intensiven Gravitationsumgebung leicht. Hinzu kommt, dass Röntgenechos zu unterschiedlichen Zeiten gesehen werden, je nachdem, wo sie auf der Scheibe reflektiert werden, sie enthalten viele Informationen darüber, was um das Schwarze Loch herum passiert.

Als Ergebnis bestätigten diese Beobachtungen nicht nur das von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagte Verhalten, sondern ermöglichten dem Team auch zum ersten Mal, die Prozesse hinter einem Schwarzen Loch zu untersuchen. In naher Zukunft wollen Wilkins und sein Team diese Technologie nutzen, um eine 3D-Karte der Umgebung des Schwarzen Lochs zu erstellen und andere Geheimnisse des Schwarzen Lochs zu untersuchen. Wilkins und seine Kollegen wollen zum Beispiel das Rätsel lösen, wie die Korona so helle Röntgenstrahlen erzeugt.

Diese Missionen werden sich weiterhin auf das XMM-Newton-Weltraumteleskop sowie das von der Europäischen Weltraumorganisation vorgeschlagene Röntgenobservatorium der nächsten Generation, das als Advanced High Energy Astrophysics Telescope (ATHENA) bekannt ist, stützen. Diese und andere Weltraumteleskope, die in den kommenden Jahren auf den Markt kommen sollen, versprechen, viel über die Teile des Universums zu enthüllen, die wir nicht sehen können, und mehr Licht in seine vielen Geheimnisse zu bringen.

Ursprünglich veröffentlicht in Universum heute.