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Einstein mit Schwarzen Löchern testen
19. Januar 2005, Ingo Froeschmann. Wie große Fische im Ozean die kleineren Fische fressen, verspeisen auch die supermassiven Schwarzen Löcher die kleineren Schwarzen Löcher und ihre nahen Verwandten, die Neutronensterne. Dabei werden sie selbst noch massiver. Wissenschaftler schätzen, dass sie jährlich einige dieser Fressorgien mit der Laser Interferometer Space Antenna (LISA), einer gemeinsamen Mission der NASA und ESA, beobachten können.


Künstlerische Darstellung der drei LISA-Sonden im All. (Quelle: NASA)
Interessant für die Wissenschaft ist die Häufigkeit, mit der kleinere Objekte geschluckt werden. Diese Ereignisse sind eine Quelle für Gravitationswellen, also Wellen in der Raumzeit, die einen deutlichen Test für Einsteins Relativitätstheorie darstellen.

„Die meisten Galaxien besitzen ein supermassives Schwarzes Loch, und von Zeit zu Zeit wird ein kleines Schwarzes Loch oder ein Neutronenstern dort hineinfallen,“ sagt Steinn Sigurdsson, Professor für Astronomie und Astrophysik an der Penn State University. „Wenn überhaupt, wird sehr wenig Licht bei diesem Vorgang abgestrahlt. Das ganze passiert also in völliger Dunkelheit. Unsere beste Chance diese Ereignisse zu beobachten ist durch gravitative Strahlung oder Wellen.“

Die von Einstein vorhergesagten Gravitationswellen sind bisher noch nicht direkt beobachtet worden. Sie bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit. Anders als Lichtwellen, interagieren die Gravitationswellen kaum mit Materie. Eine vorbeiziehende Welle bring die gesamte Materie zum Schaukeln, wie Bojen auf einem Ozean. LISA wird für ihre Aufgabe drei Raumsonden – sozusagen Bojen in der Raumzeit – verwenden, um Veränderungen in ihren Abständen zueinander zu messen, während sie von Raumzeitwellen geschaukelt werden. Die drei Sonden werden fast 5 Millionen Kilometer voneinander entfernt sein, während die Wellen die Abstände zwischen ihnen um weniger als den Durchmesser eines Atoms verändern.

Wie Sugurdsson berichtet, werden diese Wellen kurz vor einer Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher stärker, und das ist es, was die Forscher zu erkennen hoffen. Objekte mit hoher Masse die in das supermassive Schwarze Loch fallen, könnten einige Jahre vor dem Ereignis messbare Wellen produzieren. Sigurdsson rechnet mit einem Ereignis pro Galaxie pro eine Million Jahre. Da es Millionen von Galaxien im sichtbaren Universum gibt, könnte LISA einige Ereignisse pro Jahr entdecken.

Ereignisse mit so genannten kompakten Objekten – stellaren Schwarzen Löchern, Neutronensternen oder Weißen Zwergen – verursachen Gravitationswellen. Supermassive Schwarze Löcher können auch Sterne wie unsere Sonne verschlucken, aber sie würden vorher auseinander gerissen und erzeugen daher keine messbaren Wellen.

Kompakte Objekte haben eine hohe Dichte. Neutronensterne zum Beispiel enthalten das dichteste in der Natur vorkommende Material. Deshalb verhalten sie sich wie Teilchen in einem perfekten Physikexperiment, wenn sie ohne Zersplitterung mit dem supermassiven Loch verschmelzen. Das bedeutet auch, dass diese Prozesse ein präziser Test für Einsteins Relativitätstheorie sind. Die geringste Abweichung würde auf eine Unstimmigkeit in der Theorie hindeuten.

LISA’s Laser werden die winzigen Veränderungen bei frei fallenden Testmassen in den Sonden messen, und zwar unterhalb der Nanometer-Grenze. Die Technologie dazu ist derzeit in der Entwicklung. Eine von der ESA geführte Mission, LISA-Pathfinder, ist für das Jahr 2008 geplant um den Formationsflug und andere Technologien zu testen. LISA wird dann einige Jahre später gestartet.
Quelle: Eberly College/Penn State zur Startseite...
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