Ein Großteil des jährlichen Nobelpreis-Spektakels sieht veraltet aus. Zum Beispiel die Halle mit Holztafeln mit den alten Fotos im Karolinska-Institut in Stockholm, wo die Gewinner bekannt gegeben werden. Die Themen scheinen auch veraltet zu sein, wie der Nobelpreis für Physik, der am Dienstagnachmittag an zwei Männer und eine Frau verliehen wurde, um etwas zu beweisen, das seit langem bekannt ist: die Existenz von Schwarzen Löchern.
Roger Penrose hat bewiesen, dass dies eine direkte Folge von Einsteins Relativitätstheorie ist. Reinhard Genzel und Andrea Ghez entdeckten das supermassereiche Schwarze Loch mitten in unserer Milchstraße – Schütze A *.
Fast niemand zweifelt an der Existenz von Schwarzen Löchern – zumal ein Forscherteam im vergangenen Jahr das erste Foto eines solchen Schwerkraftgiganten veröffentlicht hat.
Obwohl die Arbeit der Ehrungen Jahrzehnte zurückreicht, ist sie bis heute und darüber hinaus die entscheidende Triebkraft für die Wissenschaft.
Insbesondere in Schwarzen Löchern können Forscher die Ungenauigkeiten erkennen, die – um es klar auszudrücken – Einstein widerlegen und den Weg zu einer Aussage der Welt weisen, die noch besser ist als seine allgemeine Relativitätstheorie.
Unglaublich dicht und massiv
Weil Schwarze Löcher extreme Orte sind, so unglaublich dicht und massiv, dass nicht einmal Licht den Auswirkungen der Schwerkraft entkommen kann. Alles, was hinter dem sogenannten Ereignishorizont steckt, kann nicht mehr beobachtet werden und bleibt für immer dort.
Für ein schwarzes Loch, das so schwer wie die Sonne ist, hat der Horizont einschließlich des Lochs nur einen Durchmesser von drei Kilometern. Bezogen auf die Masse der Erde wären es neun Millimeter. Es gibt eine Vorstellung davon, dass die uns bekannten physikalischen Gesetze an diesen Orten in höchstem Maße in Frage gestellt werden.
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Sogar Albert Einstein bezweifelte, dass sie wirklich existierten. 1965 zeigte der britische Theoretiker Roger Penrose, dass diese Objekte ihre Eigenschaften formen und beschreiben können. Er entwickelte das Konzept einer „eingeschlossenen Oberfläche“, die die gesamte Strahlung in das Zentrum drückt. In Bezug auf ein Schwarzes Loch bedeutet dies, dass Licht und Materie den Ereignishorizont nur in einer Richtung überqueren. Nämlich sind. Zeit- und Raumwechsel der Rolle, eine Rückkehr aus dem Schwarzen Loch ist unmöglich.
Soviel zur Theorie. Reinhard Genzel und Andrea Ghez und ihre Teams lieferten praktische Beweise. Sie halten seit den 1990er Jahren das Zentrum unserer Milchstraße. Je näher die Sterne das angeblich vorhandene Schwarze Loch umkreisen, desto schneller muss ihre Bewegung sein. Indem die Position der Sterne immer wieder gemessen wird, können die Teams ihre Bewegung verstehen.
Das schwache Licht eines Sterns wird 16 Jahre lang von Gas- und Nebelwolken erfasst
Dies ist keineswegs trivial. Die Astronomen müssen helle Sterne finden, deren Licht über gut 26.000 Lichtjahre durch alle Gas- und Nebelwolken und vor allem durch die Erdatmosphäre erkannt werden kann. Der Himmel über den Teleskopen ist nicht perfekt in Ruhe. Es gibt Ströme, heiße und kühle Bereiche, die wie Linsen wirken: Das Licht eines Sterns erscheint auf den Messgeräten nicht als Punkt, sondern als vager Punkt.
„Es war ein Systemwettbewerb“, erinnerte sich Genzel am Dienstag auf einer spontanen Pressekonferenz am Institut für außerirdische Physik der Max-Planck-Gesellschaft. „Andrea und ihr Team am Keck Observatory in Hawaii, wir mit dem European Southern Observatory in Chile.“
Beide Gruppen entwickeln die Technologie weiter, um schärfere Bilder zu erhalten. Dank digitaler Lichtsensoren und adaptiver Optik erhalten Sie etwa tausendmal bessere Bilder als zu Beginn der Messreihe. Durch den Anschluss mehrerer Teleskope kann die Auflösung wieder erhöht werden. „Heute sind wir so gut, dass wir eine 1-Euro-Münze auf dem Mond erkennen werden“, sagt Genzel.
Neben der hervorragenden Technologie spielt auch die Zeit eine große Rolle. Der Stern S-02, dessen Astronomen genau folgen, umkreiste Schütze A * nach 16 Jahren nur einmal. Was natürlich nichts im Vergleich zu den Sternen ist, die wie unsere Sonne weiter draußen umkreisen: Die Umlaufbahn dauert mehr als 200 Millionen Jahre.
Fall von etwa vier Millionen Sonnenmassen
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Nachdem sie die höchste Auszeichnung erhalten haben, muss der jahrelange kollegiale Wettbewerb zwischen Ghez und Genzel ein Ende haben, sagt der Garching-Forscher, der an diesem Tag besonders gute Laune und Optimismus ausstrahlt. „Ich würde gerne in Zukunft mit ihr weitermachen.“
Es gibt viel zu tun, denn: „Die allgemeine Relativitätstheorie, so heilig sie auch sein mag, ist nur ein Übergang.“ Irgendwann wird eine Gruppe kommen, um Verbesserungen vorzuschlagen.
Sind Schwarze Löcher der Schlüssel zu neuer Physik?
Zahlreiche Forscher hoffen, mithilfe von Schwarzen Löchern die Grenzen von Einsteins Theorie zu finden. Weil sie nicht erklären kann, was in den Schwerkraftriesen passiert. Wo zeigt es Schwächen? Neben der optischen Astronomie, wie sie von Genzel und Ghez praktiziert wird, werden auch die Radioastronomie und die Gravitationswellenastronomie verwendet. Irgendwann sollten sich die Messwerte erheblich von den Vorhersagen der Theorie unterscheiden.
„Niemand weiß, wo es ist“, sagt der Radioastronom Heino Falcke von der Radboud University Nijmegen. Seine Hoffnung: Die gewünschten Abweichungen können bereits in der Nähe des Schwarzen Lochs bestehen. Daher untersuchen er und andere Forscher verschiedene Schwarze Löcher mit dem Netzwerk „Event Horizon Telescope“ (EHT), um ihre Rotation und ihre Auswirkungen auf die Umwelt zu untersuchen. Er ist zuversichtlich, dass die Zusammenarbeit etwas finden wird, „wenn es etwas gibt“. Aber es wird einige Zeit dauern, bis jetzt haben alle EHT-Daten Einstein bestätigt.
Möglicherweise wird es bald weitere Bestätigungen geben, nicht für Einstein, sondern für zwei weitere Nobelpreisträger: Genzel und Ghez. Denn das EHT beobachtet auch das Schwarze Loch in der Mitte der Milchstraße. Die Auswertung der Daten ist jedoch schwieriger als beim M87, dessen Foto im April 2019 veröffentlicht wurde, berichtet Anton Zensus vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. „Wir hatten relativ schnell ein zuverlässiges Ergebnis. Für Sagittarius A * benötigen wir mehr Zeit für Simulationen und Kontrollen, um wirklich sicher zu sein“, erklärt er. „In absehbarer Zeit“ wird es etwas geben, sagt er. Es kann sogar vor dem 10. Dezember funktionieren. An diesem Tag werden ihre Nobelpreise an Penrose, Genzel und Ghez vergeben.
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