Einsteins Relativitätstheorie

Erstmals Licht von der Rückseite eines Schwarzen Lochs beobachtet

Robert Klatt

Wissenschaftler haben erstmals Röntgenstrahlung von der Rückseite eines Schwarzen Lochs beobachtet und damit ein in der Relativitätstheorie von Einstein vorhergesagtes Phänomen bestätigt.

Stanford (U.S.A.). Schwarze Löcher verschlucken Materie oder Strahlung irreversibel, wenn diese deren Ereignishorizont überschreiten. Wie das erste Foto eines schwarzen Lochs aus dem Jahr 2019 belegt, erscheinen diese deshalb als dunkler Schatten. Wie ein Schwarzes Loch aussieht, wenn man dessen helle Akkretionsscheibe seitlich betrachtet, konnte damals aber nicht beantwortet werden.

In seiner Allgemeinen Relativitätstheorie postulierte Albert Einstein, dass es dabei zu einer starken Krümmung der Raumzeit kommen müsste. Diese würde das Licht von der Rückseite des Schwarzen Lochs umlenken und dadurch von der Vorderseite sichtbar machen. Man würde demnach die Vorder- und Rückseite eines Schwarzen Lochs parallel sehen. Auch neuere Simulationen bestätigen diesen Effekt.

Nachweis der Krümmung der Raumzeit

Nun ist es Wissenschaftlern der Stanford University erstmals gelungen den bisher nur in der Theorie bekannten Effekt auch in der Realität nachzuweisen. Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Nature gelang es den Astronomen Röntgenstrahlung einzufangen, die an der Rückseite eines Schwarzen Lochs abgegeben wurde. Die Wissenschaftler um Dan Wilkins nutzten dazu die Röntgenteleskope XMM-Newton und NuStAR, mit denen sie das supermassereiche Schwarze Loch der Galaxie I Zwicky 1 in 800 Millionen Lichtjahren Entfernung beobachteten.

Etwa 60 Millionen Kilometer entfernt vom Ereignishorizont des Schwarzen Lochs sorgen Wechselwirkungen des Plasmas mit Magnetfeldern permanent für starke Strahlungsausbrüche. Diese Eruptionen werden von der Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs reflektiert und sind somit mit einer geringen Verzögerung sichtbar.

2,5 Stunden lange Strahlenausbrüche

Bei der Analyse von zwei der jeweils 2,5 Stunden langen Strahlenausbrüche von I Zwicky 1 entdeckten die Wissenschaftler, dass der zweite Röntgenausbruch ein schwaches und verzögertes Echo des ersten Röntgenausbruchs zu sein scheint. Anhand der Energien der einzelnen Teilblitze schlussfolgerten die Astronomen außerdem, dass die Ausbrüche von verschiedenen Teilen der Akkretionsscheibe reflektiert wurden.

„Die Analyse der Röntgen-Flares enthüllt kurze Blitze von Photonen, deren Merkmale mit einer von der Rückseite des Schwarzen Lochs stammenden Emission übereinstimmen. Dies sind Lichtteilchen, die von der abgewandten Seite der Scheibe abprallen und vom starken Gravitationsfeld um das Schwarze Loch herumgebogen und verstärkt werden“, erklärt Wilkins.

Einsteins Theorie bestätigt

Es wurde demnach erstmals Licht von der Rückseite eines Schwarzen Lochs beobachtet, was Einsteins Theorie und die Simulationen bestätigt. „Die neuen Beobachtungen bestätigen eine Schlüsselvorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie – dass man die um das Schwarze Loch gelenkten Photonen von der Rückseite detektieren kann“, konstatieren die Wissenschaftler.

Nature, doi: 10.1038/s41586-021-03667-0

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