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TU Wien/MIT-Kollaboration zu extremalen Schwarze Löchern

Schwarze Löcher gehören zu den rätselhaftesten Objekten im Universum.

So würde ein nichtrotierendes Schwarzes Loch aus 600 km Entfernung aussehen. Seine Gravitation verbiegt die Lichtstrahlen, sodass die Sterne dahinter verzerrt erscheinen (Credit: Galerie von Tempolimit Lichtgeschwindigkeit)

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So würde ein nichtrotierendes Schwarzes Loch aus 600 km Entfernung aussehen. Seine Gravitation verbiegt die Lichtstrahlen, sodass die Sterne dahinter verzerrt erscheinen (Credit: Galerie von Tempolimit Lichtgeschwindigkeit)

So würde ein nichtrotierendes Schwarzes Loch aus 600 km Entfernung aussehen. Seine Gravitation verbiegt die Lichtstrahlen, sodass die Sterne dahinter verzerrt erscheinen (Credit: Galerie von Tempolimit Lichtgeschwindigkeit)

So würde ein nichtrotierendes Schwarzes Loch aus 600 km Entfernung aussehen. Seine Gravitation verbiegt die Lichtstrahlen, sodass die Sterne dahinter verzerrt erscheinen (Credit: Galerie von Tempolimit Lichtgeschwindigkeit)

Eine Aufnahme des Schwarzen Loches GRS 1915+105: Die Masse, die es einem benachbarten Stern entreißt, sendet Strahlung aus, während sie in das schwarze Loch hineinstürzt. (Credit: X-ray (NASA/CXC/Harvard/J.Neilsen; Optical & IR (Palomar DSS2))

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Eine Aufnahme des Schwarzen Loches GRS 1915+105: Die Masse, die es einem benachbarten Stern entreißt, sendet Strahlung aus, während sie in das schwarze Loch hineinstürzt. (Credit: X-ray (NASA/CXC/Harvard/J.Neilsen; Optical & IR (Palomar DSS2))

Eine Aufnahme des Schwarzen Loches GRS 1915+105: Die Masse, die es einem benachbarten Stern entreißt, sendet Strahlung aus, während sie in das schwarze Loch hineinstürzt. (Credit: X-ray (NASA/CXC/Harvard/J.Neilsen; Optical & IR (Palomar DSS2))

Eine Aufnahme des Schwarzen Loches GRS 1915+105: Die Masse, die es einem benachbarten Stern entreißt, sendet Strahlung aus, während sie in das schwarze Loch hineinstürzt. (Credit: X-ray (NASA/CXC/Harvard/J.Neilsen; Optical & IR (Palomar DSS2))

Direkt beobachten kann man sie nicht, aber wenn sie durch ihre gewaltige Gravitation die Masse aus ihrer Umgebung in sich aufsaugen, können dabei Röntgenstrahlen entstehen, die beispielsweise durch das Chandra X-Ray Observatory gemessen werden. Daniel Grumiller vom Institut für theoretische Physik untersucht solche Himmelsobjekte schon seit längerer Zeit. Unterstützt wurde er diesen Sommer von Ana-Maria Piso, einer Studentin des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA.

Chance für begabte Studierende

„Es ist sehr wertvoll, wenn schon jungen Studierenden die Chance gegeben werden kann, in internationalen Kooperationen mitzuarbeiten und verschiedene Forschungsgruppen kennenzulernen“, findet Daniel Grumiller. „Ich freue mich, dass wir von der TU Wien einer jungen Studentin des MIT die Möglichkeit bieten konnten, bei einem aktuellen Forschungsprojekt dabeizusein.“

Rasend rasche Rotation

Bei dem Projekt, das auch von der europäischen Weltraumorganisation ESA unterstützt wurde, untersuchten Grumiller und Piso das Verhalten von schwarzen Löchern, die besonders schnell rotieren. Die Relativitätstheorie sagt für schwarze Löcher einen maximalen Drehimpuls voraus, der nicht überschritten werden kann (- ohne dass sich eine unphysikalische „nackte Singularität“ bildet). In den 1990ern wurde das schwarze Loch GRS1915+105 im Sternbild Adler entdeckt. Im Jahr 2006 wurde beobachtet, dass es sich pro Sekunde zirka tausendmal um die eigene Achse dreht. Es weist damit fast den maximal möglichen Drehimpuls auf. Die Newtonsche Theorie, die unser Alltagsverständnis von Rotation und Schwerkraft bestimmt, versagt bei solchen schwarzen Löchern völlig. Um zu verstehen, wie ein so exotisches Objekt auf seine Umgebung wirkt, wie es die Materie rund um sich zu einer Scheibe formt und in sich verschluckt, sind mathematisch hochkomplizierte Ansätze aus der allgemeinen Relativitätstheorie nötig, unter Berücksichtigung von Viskosität und elektromagnetischen Feldern. Grumiller und Piso gelang es nun, diese relativistischen Systeme theoretisch zu beschreiben und die Bewegung der Materie rund um das rotierende schwarze Loch genau zu berechnen. Die Resultate dieser Arbeit wurden bei dem Journal Physical Review D eingereicht.

Ana-Maria Piso blickt sehr zufrieden auf ihren Aufenthalt an der TU Wien zurück: „Ich habe nicht nur viel über die Physik schwarzer Löcher, sondern auch eine Menge über die Praxis wissenschaftlicher Forschung gelernt“, erklärt sie. Auch in den nächsten Jahren werden besonders begabte Studierende des MIT im Rahmen des MISTI-Programmes die Möglichkeit haben, an der TU Wien wertvolle wissenschaftliche Erfahrungen zu sammeln.