Astronomen versuchen von der Erde aus, unser Universum abzubilden und zu verstehen. Wir versuchen Sternenkonstellationen zu rekonstruieren und ihre Abstände zu definieren. Für diese Messungen werden Objekte mit Eigenhelligkeit verwendet. So können die unterschiedlichen Helligkeiten gemessen und die Entfernung in Lichtjahren berechnet werden. Wie es nun scheint, könnten auch Schwarze Löcher uns dabei helfen, unseren Kosmos abzubilden. Das Echo von Schwarzen Löchern soll unser Universum erklären Forscher versuchen schon lange, unser Universum abzubilden. Sie wollen sich das Echo von Schwarzen Löchern zunutze machen. Eine Methode könnte dabei helfen.
Das Universum verstehen: Schwarze Löcher sollen helfen
Pulsierende Sterne und Supernovae sind solche Ereignisse im Universum, die uns helfen Entfernungen zu bestimmen. Ihre Eigenhelligkeit verändert sich allerdings. Astronomen haben daher einen neuen Weg gefunden, um unseren Kosmos zu beschreiben: das Echo von supermassiven Schwarzen Löchern. Das Messen von kosmischen Entfernungen ist eine Herausforderung für Astronomen. Doch mit der neuen Methode könnte es etwas einfacher werden.
Es klingt etwas merkwürdig, auf Schwarze Löcher zu setzen, denn sie sind eigentlich alles andere als hell. Sie geben eigentlich keine Strahlung ab und sind mehr oder weniger unsichtbar. In der Milchstraße allein gibt es vermutlich eine Milliarde Schwarze Löcher, doch davon wurden seither erst eine Handvoll identifiziert. Supermassive Schwarze Löcher sind allerdings wieder ein anderes Kaliber. Sie befinden sich im Zentrum von Galaxien.
Der Aufbau von Schwarzen Löchern ist ein Vorteil
Dennoch können wir sie immer noch nicht sehen. Sind diese Schwarzen Löcher aber aktiv, dann leuchtet das Material, das sie umgibt. Licht verhält sich in der unmittelbaren Umgebung dieser Objekte also anders. Diese intrinsische Helligkeit können wir ermitteln. Ein aktives supermassives Schwarzes Loch nährt sich von dem Material in seiner Umgebung. Es kann eine Millionen bis zehn Milliarden Sonnenmassen groß sein.
Darum herum befindet sich eine Materialscheibe, die aufgrund von Schwerkraft in das Schwarze Loch sickert. Damit ist die sogenannten Akkretionsscheibe gemeint. Gravitations- und Reibungskräfte erwärmen das Material und bringen zu es zum Leuchten. Das ist aber nicht der Punkt, der von Astronomen gemessen wird. Dieser befindet sich außerhalb dieser Scheibe und ist eine größere Wolke, der sogenannte Torus – und den machen sich Forscher nun zunutze. Echo-Mapping heißt die Technik, bei der der Nachhall dazu dient, das Universum abzubilden.
Das Echo hilft bei der Berechnung
Der Bereich der Akkretionsscheibe kann hin und wieder durch optische und ultraviolette Wellenlängen aufleuchten. Das hallt bis zum Torus wider. Die Wolke absorbiert diese und gibt sie als Infrarotlicht ab. Allerdings kann die Akkretionsscheibe eines Schwarzen Loches sehr groß sein. Daher kann es Jahre dauern, bis da Licht den Torus erreicht und abgegeben wird. Astronomen können aber durch die Lichtgeschwindigkeit die Zeit zwischen dem Aufflackern und dem Echo verwenden und somit den Abstand zwischen Scheibe und Torus berechnen.
Der innere Rand der Akkretionsscheibe ist sehr heiß. Erst bei Temperaturen von 1.200 Grad Celsius kann sich die Staubwolke bilden. Das heißt, dass der Abstand zwischen dem Echo und der Innenkante der Scheibe proportional ist. Sobald Forschern der Abstand bekannt ist, ist auch die Temperatur bekannt. Danach ist es ihnen möglich zu bestimmen, wie viel Licht an dieser Stelle entweicht. Damit ist auch die Eigenhelligkeit des Schwarzen Loches bekannt. Diese Verbindung wird Radius-und-Leuchtkraft-Beziehung genannt.
Forscher haben die Grundlage gelegt
Das klingt in der Theorie erst einmal logisch und einfach, doch tatsächlich muss hierfür ein Schwarzes Loch im Universum über längere Zeit beobachtet werden. Ein Forscherteam der Universität von Illinois hat sich Daten aus rund zwei Jahrzehnten angeschaut, um auf Hinweise zu optischen Blitzen zu stoßen. Außerdem zogen sie Daten des Near Earth Object Wide Field Infrared Survey Explorers der NASA hinzu, die zwischen 2010 und 2019 gesammelt wurden. Es gelang ihnen 587 supermassive Schwarze Löcher zu identifizieren, die optische Blitze abgeben und ein Echo mit Infrarotlicht haben.
Es ist eine der größten Studien auf diesem Feld, doch noch lange nicht vollständig, um unser Universum genau abzubilden. Nun müssen die Arbeiten zur Verfeinerung der Messung fortgesetzt werden. Das Forscherteam will auch das Modell verbessern. Da supermassive Schwarze Löcher nicht einfach verschwinden, ist das für die Forscher ein Vorteil.
Schwarze Löcher könnten auch als Brücke zwischen Dimensionen dienen. In unserem Universum könnten auch gigantische Schwarze Löcher versteckt sein.