News: Quasar mit zwei Schwarzen Löchern bestätigt Relativitätstheorie
OJ 287 ist unter Quasarforschern ein alter Bekannter. Er zählt zu den mächtigsten Vertretern seiner Klasse und fiel durch Helligkeitsausbrüche auf, die nach etwa zwölf Jahren wiederkehren. Mit seinem letzten Aufleuchten hat er nun Einsteins Relativitätstheorie bestätigt.
© AEI und ZIB, Werner Benger (Ausschnitt)
Rund 18 Milliarden Sonnenmassen, das fällt schon unter echtes Schwergewicht, auch bei Schwarzen Löchern. Ein solches Massemonster sitzt im Kern des Quasars OJ 287. Wie alle Vertreter seiner Art sammelt es durch seine Anziehungskraft Gas und Staub aus seiner Umgebung, die dann durch Reibung eine Akkretionsscheibe ausbilden und sich spiralförmig auf den Ereignishorizont zu bewegen.
Was diesen Quasar mit seinem materiehungrigen Zentrum aber so besonders macht, ist die Anwesenheit eines zweiten, kleineren Schwarzen Lochs mit rund 100 Millionen Sonnenmassen – so die Theorie aus der Mitte der 1990er Jahre. Der zufolge umläuft es den Kern alle zwölf Jahre auf einer elliptischen Bahn und durchquert dabei zweimal die Akkretionsscheibe.
Einsteins Relativitätstheorie sagt zwei Effekte voraus, die in diesem System durch die hohen beteiligten Massen und die verhältnismäßig kleinen Abstände zum Tragen kommen. Da ist zum einen die Periheldrehung, eine Rotation der Linie des kleinsten Abstands der beiden Löcher. Dieses Phänomen ist – wenngleich in viel kleinerem Ausmaß – auch bei Merkurs Bahn um die Sonne zu beobachten.
Zum anderen senden Körper, die sich umkreisen, so genannte Gravitationswellen aus und zwar umso stärker, je mehr Masse sie in sich vereinigen. Bekannt geworden ist der Doppelpulsar PSR 1913+16, für dessen Untersuchung Russell Hulse und Joseph Taylor 1993 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurden. Hier laufen zwei Neutronensterne umeinander.
Die Aussendung von Gravitationswellen zweier Schwarzer Löcher ist jedoch um ein Vielfaches stärker. Selbst hier konnte sie bisher aber noch nicht direkt gemessen werden, da den vorhandenen Anlagen die nötige Empfindlichkeit fehlt. Indirekt jedoch machen sie sich bemerkbar, denn ihre Abstrahlung entzieht den Schwarzen Löchern Energie, ihr Abstand verringert sich und damit auch die Zeitdauer eines Umlaufs.
Genau dies hat ein internationales Team von Astronomen um Mauri Valtonen von der Universität Turku – darunter Jochen Heidt von der Landessternwarte Heidelberg – jetzt messen können. Denn der letzte Ausbruch im September 2007 kam genau zu dem Zeitpunkt, den das relativistische Modell vorhergesagt hatte. Ohne den Energieverlust durch die Gravitationswellen wäre das Helligkeitsmaximum zwanzig Tage später eingetreten.
Heidt, Leiter des Langzeitprogramms zur Beobachtung von OJ 287, erläutert: "Jede dritte Nacht wird mit dem 2,2-Meter-Teleskop auf dem Calar Alto die Leuchtkraft und die Polarisation des Quasars gemessen. Auch relativ viele Amateure sind beteiligt und steuern Helligkeitsdaten bei. Die Polarisationsmessung ist aber nur vom Calar Alto aus und mit dem Nordic Optical Telescope auf La Palma möglich." Alle vorliegenden Daten stützen das von den Astronomen derzeit favorisierte Modell.
"Das Wichtigste dabei ist die Bestätigung der allgemeinen Relativitätstheorie im Grenzfall extremer Massen", erklärt Heidt. "Darüber hinaus ist es einer der wenigen Fälle – wenn nicht sogar der erste –, dass die Theorie den Strahlungsausbruch eines Aktiven Galaktischen Kerns vorhergesagt hat", so der Heidelberger weiter. "Außerdem zeigt die Studie, wie auch mit kleineren Teleskopen erstklassige wissenschaftliche Erkenntnisse gewonnen werden können."
Dre.
Was diesen Quasar mit seinem materiehungrigen Zentrum aber so besonders macht, ist die Anwesenheit eines zweiten, kleineren Schwarzen Lochs mit rund 100 Millionen Sonnenmassen – so die Theorie aus der Mitte der 1990er Jahre. Der zufolge umläuft es den Kern alle zwölf Jahre auf einer elliptischen Bahn und durchquert dabei zweimal die Akkretionsscheibe.
Einsteins Relativitätstheorie sagt zwei Effekte voraus, die in diesem System durch die hohen beteiligten Massen und die verhältnismäßig kleinen Abstände zum Tragen kommen. Da ist zum einen die Periheldrehung, eine Rotation der Linie des kleinsten Abstands der beiden Löcher. Dieses Phänomen ist – wenngleich in viel kleinerem Ausmaß – auch bei Merkurs Bahn um die Sonne zu beobachten.
Zum anderen senden Körper, die sich umkreisen, so genannte Gravitationswellen aus und zwar umso stärker, je mehr Masse sie in sich vereinigen. Bekannt geworden ist der Doppelpulsar PSR 1913+16, für dessen Untersuchung Russell Hulse und Joseph Taylor 1993 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurden. Hier laufen zwei Neutronensterne umeinander.
Die Aussendung von Gravitationswellen zweier Schwarzer Löcher ist jedoch um ein Vielfaches stärker. Selbst hier konnte sie bisher aber noch nicht direkt gemessen werden, da den vorhandenen Anlagen die nötige Empfindlichkeit fehlt. Indirekt jedoch machen sie sich bemerkbar, denn ihre Abstrahlung entzieht den Schwarzen Löchern Energie, ihr Abstand verringert sich und damit auch die Zeitdauer eines Umlaufs.
Genau dies hat ein internationales Team von Astronomen um Mauri Valtonen von der Universität Turku – darunter Jochen Heidt von der Landessternwarte Heidelberg – jetzt messen können. Denn der letzte Ausbruch im September 2007 kam genau zu dem Zeitpunkt, den das relativistische Modell vorhergesagt hatte. Ohne den Energieverlust durch die Gravitationswellen wäre das Helligkeitsmaximum zwanzig Tage später eingetreten.
Heidt, Leiter des Langzeitprogramms zur Beobachtung von OJ 287, erläutert: "Jede dritte Nacht wird mit dem 2,2-Meter-Teleskop auf dem Calar Alto die Leuchtkraft und die Polarisation des Quasars gemessen. Auch relativ viele Amateure sind beteiligt und steuern Helligkeitsdaten bei. Die Polarisationsmessung ist aber nur vom Calar Alto aus und mit dem Nordic Optical Telescope auf La Palma möglich." Alle vorliegenden Daten stützen das von den Astronomen derzeit favorisierte Modell.
"Das Wichtigste dabei ist die Bestätigung der allgemeinen Relativitätstheorie im Grenzfall extremer Massen", erklärt Heidt. "Darüber hinaus ist es einer der wenigen Fälle – wenn nicht sogar der erste –, dass die Theorie den Strahlungsausbruch eines Aktiven Galaktischen Kerns vorhergesagt hat", so der Heidelberger weiter. "Außerdem zeigt die Studie, wie auch mit kleineren Teleskopen erstklassige wissenschaftliche Erkenntnisse gewonnen werden können."
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