Schwarze Löcher: Grundwissen bei Faszination Astronomie Online

Schwarze Löcher sind faszinierend! Aber wer in einem öffentlichen Vortrag derzeit mehr über sie lernen will, hat weitgehend Pech gehabt. Wegen Covid-19 fallen im deutschsprachigen Raum unter anderem auch zahlreiche öffentliche Vorträge zu astronomischen Themen aus. Vor einigen Monaten haben wir am Haus der Astronomie daher begonnen, eine Online-Vortragsreihe “Faszination Astronomie Online” zu organisieren. Sie besteht aus vergleichsweise kurzen Vorträgen (eine halbe Stunde plus Zeit für Fragen) zu diversen astronomischen Themen. Live gesendet wird jeweils am Dienstag und Donnerstag um 19 Uhr. Ein schöner Nebeneffekt ist, dass wir damit inzwischen eine ganze Reihe von vergleichsweise kurzen Online-Vorträgen haben, die auch in der Schule und für Menschen nützlich sind, die sich systematisch mehr über Astronomie beibringen möchten. Hier ein Zusammenstellung von Vorträgen zum Thema Schwarze Löcher.

Die Grundlagen

Anfang Juni habe ich mich den Grundlagen gewidmet – mein Vortrag von Mitte Juni präsentiert in kompakter Form das Basiswissen zum Thema Schwarze Löcher:

Zu einer Reihe von Teilaspekten hatte es zuvor schon etwas speziellere Vorträge gegeben. Zur Erforschung des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße beispielsweise hatte uns Stefan Gillessen etwas erzählt. Stefan war und ist an der entsprechenden Forschung maßgeblich beteiligt:

Schwarze Löcher sind, wenn Materie auf sie fällt, für eine Reihe der hellsten Leuchterscheinungen im gegenwärtigen Universum verantwortlich. Auf kleineren Skalen für Röntgendoppelsterne, auf Galaxien-Größenskalen für aktive galaktische Kerne.

Wie Schwarze Löcher ihre Umgebung zum leuchten bringen

Drei Aspekte dieses Phänomens werden in diesen drei Vorträgen näher beleuchtet. Hier erzählt Victoria Grinberg etwas dazu, warum wir aus der unmittelbaren Umgebung Schwarzer Löcher Röntgenstrahlung empfangen, und was uns das sagt:

Schwarze Löcher, in diesem Falle in Aktiven Galaxienkernen, sind außerdem ein schönes Beispiel dafür, wie man etwas lernen kann, wenn elektromagnetische Strahlung bei verschiedenen Wellenlängen betrachtet und auswertet. Das wird im Vortrag von Andrea Gokus behandelt:

…und im Hinblick auf die Eigenschaft der Polarisierung von Strahlung von Fabian Kislat vertieft:

Die Vortragsreihe geht wie gesagt weiter. Wer Lust und Zeit hat, ist daher herzlich eingeladen, jeden Dienstag und Donnerstag um 19 Uhr live oder ansonsten bei den diversen Vortragsaufzeichnungen bei YouTube auf #FasziAstroOnline hineinzuschauen.

(Und wer jetzt erst doch nochmal direkt weiter Lust auf Schwarze Löcher hat: Hier hatte ich einige Kurzvideos dazu eingestellt.)

Markus Pössel

Markus Pössel hatte bereits während des Physikstudiums an der Universität Hamburg gemerkt: Die Herausforderung, physikalische Themen so aufzuarbeiten und darzustellen, dass sie auch für Nichtphysiker verständlich werden, war für ihn mindestens ebenso interessant wie die eigentliche Forschungsarbeit. Nach seiner Promotion am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Potsdam blieb er dem Institut als "Outreach scientist" erhalten, war während des Einsteinjahres 2005 an verschiedenen Ausstellungsprojekten beteiligt und schuf das Webportal Einstein Online. Ende 2007 wechselte er für ein Jahr zum World Science Festival in New York. Seit Anfang 2009 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, wo er das Haus der Astronomie leitet, ein Zentrum für astronomische Öffentlichkeits- und Bildungsarbeit. Pössel bloggt, ist Autor/Koautor mehrerer Bücher, und schreibt regelmäßig für die Zeitschrift Sterne und Weltraum.

12 Kommentare

  1. Hab mir die Videos angeschaut. Man lernt wirklich etwas und versteht anschliessend mehr.
    Selber bevorzuge ich aber noch kürzere Videos, noch kürzere Einführungen. Vorschlag: wie wärs mit kommentierten „Reisen ins schwarze Loch“ beispielsweise einmal wenn man in Fahrtrichtung schaut und einmal wenn man zurückschaut. Denkbar wäre auch ein Split-Screen Video mit 2- geteiltem Bildschirm: rechts reist man auf einen normalen Stern mit Masse G zu und links auf ein schwarzes Loch mit Masse G. Die visuellen Unterschiede zwischen rechtem und linkem Teilbildschirm wären sehr instruktiv, denn man würde die Auswirkungen der Verzerrung der Raum-Zeit im Fall des schwarzen Lochs sehr deutlich wahrnehmen.

  2. Martin Holzherr schrieb (11.08.2020, 09:22 Uhr):
    > […] reist man auf einen normalen Stern […] zu

    … dann taucht man zunehmend tiefer in ihn (in das Material, aus dem er besteht, d.h. Gas bzw. Plasma) ein; wobei unterscheidbare einheitliche Zonen ungefähr kugelschalenförmig angeordnet sind. Siehe u.a. https://de.wikipedia.org/wiki/Sonne#Photosphäre

    > [… reist man] auf ein schwarzes Loch [zu]

    … dann durchquert man insbesondere dessen Photon-Sphäre.

    > Die visuellen Unterschiede [da]zwischen […] wären sehr instruktiv

    Inwiefern sich bei den beschriebenen Reisen gemachte Wahrnehmungen visuell unterscheiden, hinge insbesondere von den jeweils Reisenden ab.
    Inwiefern die eventuellen (ggf. visuellen) Unterschiede dieser Wahrnehmungen außerdem noch instruktiv wären, hinge außerdem von den eventuellen vom Instrukteur beigefügten Erläuterungen ab. (Solche Erläuterungen könnten allerdings auch mitgeteilt und verstanden werden, ohne die betreffenden Wahrnehmungen selbst gesammelt zu haben, oder auch von entsprechenden Wahrnehmungs-Simulationen geführt oder abgelenkt zu werden.)

  3. Danke für die interessante Reihe von Vorträgen über das Thema “Schwarze Löcher” und`deren Beobachtung.

    Das Bild in Ihrem Vortrag über die Einbahnstraße, die auch Sackgasse ist, erinnerte mich an Witze aus dem vorigen Jahrhundert. Da fand man eine solche Kombination als unsinnig. Es gab zwar in Hamburg die Straße Pilatuspool, die zuerst Sackgasse war, aber dann weiter bis zum Großneumarkt befahren werden konnte und dann eine Einbahnstraße wurde. Aber diese Kombination war damals undenkbar.

    Gruß
    Rudi Knoth

  4. Rudi Knoth schrieb (16.08.2020, 09:38 Uhr):
    > […] über das Thema “Schwarze Löcher” […]
    > […] die Einbahnstraße, die auch Sackgasse ist, erinnerte mich an Witze […]

    Die Beschilderung eines (vorausliegenden) Verkehrsweges sowohl als Einbahnstraße als auch als Sackgasse ist nicht nur witzig sondern vielmehr in sich widersprüchlich und entsprechend rechtswidrig, weil bzw. sofern eine Sackgasse eine Öffnung hat, die identisch sowohl als Eingang wie auch als Ausgang nutzbar ist.

    Ausdrücklich rechtens wäre dagegen die Beschilderung eines (vorausliegenden) Verkehrsweges sowohl als Einbahnstraße als auch als Tunnel, wobei das mit dem Befahren von Tunneln verbundene Wendeverbot (vgl. Abschnitt 5 von Anlage 3 zu § 42 Absatz 2, STVO, Richtzeichen, Zeichen 327) unterstreicht, dass es sich beim so beschilderten Verkehrsweg insbesondere auch um eine sogenannte “echte Einbahnstraße” handelt;
    durch die Zeichen 327-50 (mit “Längenangabe in m”) oder Zeichen 327-51 (mit “Längenangabe in km”) jedoch sicherlich nur, sofern eine entsprechende Angabe in der SI-Einheit “Meter” gemäß der SI-Definition und insbesondere der damit verbundenen “Mise en pratique for the definition of the metre in the SI” nachvollziehbar wäre.

    Was wiederum in Frage steht, da das dort gezeigte

    “arrangement […] shown in figure 2, left, which is basically the same as the arrangement in figure 1”

    ausdrücklich mit der Annahme verbunden ist

    “The length of the reference pathway is assumed to be unchanged”

    ,
    und (im Text jedenfalls bis dahin) keine nachvollziehbare Messmethode angegeben ist, um festzustellen, ob bzw. innerhalb welcher systematischen Unsicherheit in einem bestimmten Versuch die “Länge eines bestimmten Signal(-Front-)Pfades konstant” gewesen wäre.

      • Das ist es sicherlich nicht. Betrachtet man diese Straße (Schulzengasse) mit Google Map ode Google Earth ist davon nichts zu sehen.

        Oder es eins entweder ein Produkt von Photoshop oder ein eirklicher “Schildbürgerstreich”. Das weiss aber Herr Pössel besser.

        Gruß
        Rudi Knoth

        • Die Sackgasse war ein temporäres Schild, und etwas weiter hinten war in der Straße zum Aufnahmezeitpunkt eine Baustelle. Ich denke, da hat jemand schlicht nicht nachgedacht bei der baustellenbedingten Beschilderung.

  5. Herr Senf schrieb (17.08.2020, 14:24 Uhr):
    > … hört sich wie Kreisverkehr an […]

    Wer angesichts der oben (17.08.2020, 11:43 Uhr) gezeigten Pirouette, die das “Consultative Committee for Length” dreht, befürchten müsste, in einem Teufelskreis zu stecken,
    sei an Einsteins Grundsatz erinnert, dass »Alle unsere zeit-räumlichen Konstatierungen […] auf die Bestimmung zeiträumlicher Koinzidenzen hinaus[laufen.]«,
    und möge daraufhin tetragonal-oktahedrale (alias Sierpinski-tetraedrale) Ping-Koinzidenz-Gitter als Ausweg in Betracht ziehen.

    (Der oben diskutierte Einsatz der Verkehrszeichen 327-50 bzw. 327-51 als Hinweiszeichen auf ein “Schwarzes Loch” käme damit erst recht nicht in Frage.)

  6. Hier noch eine kleine Anmerkung zum Thema “Gravity”. Im Vortrag von Herrn Gillessen wurde die Rotverschiebung des Stersn S2 bei der grössten Nähe zum schwarzen Loch genannt. In dem Abstract der Veröffentlichung steht genaugenommen drin, daß es sich um eine Kobination von gravitativer Rotverschiebung (ART) und transversalem Dopplereffekt SRT handelt.

    From data up to and including pericentre, we robustly detect the combined gravitational redshift and relativistic transverse Doppler effect for S2 of z = Δλ / λ ≈ 200 km s−1/c with different statistical analysis methods.

    Gruß
    Rudi Knoth

    • Da sehe ich jetzt erstmal keinen Widerspruch. Schon in der speziell-relativistischen Rotverschiebung ist die Zeitdilatation automatisch mit enthalten. Zwischen Gravitations-Rotverschiebung und Bewegungseffekten zu trennen, wie in der zitierten Veröffentlichung, ist OK. Beides als Rotverschiebung zu verbuchen ist auch OK.

  7. Rudi Knoth schrieb (19.08.2020, 11:25 Uhr):
    > [… S.] Gillessen [et al. schrieben (Juli 2018):]
    > »… we robustly detect the combined gravitational redshift and relativistic transverse Doppler effect for [star] S2 of z = Δλ / λ ≈ 200 km s^{-1} / c with different statistical analysis methods. «

    Hinsichtlich des Parameters »λ« bedienen sich Gillessen et al. dabei offenbar bestimmter Werte, insbesondere »the HI n = 7 – 4 recombination line (Brackett-γ, λ = 2.1661 μm) and the He-I (λ = 2.112 μm) line« mit folgender Abschätzung:

    We hence estimate that our systematic uncertainty due to the wavelength calibration is 5 km s^{−1}.

    Wie »robust« und vor allem: wie richtig mag diese Abschätzung von Gillessen et al. sein ??

    Könnte in Anwendung der Messgrößen-Definitionen der RT auf die von Gillessen et al. analysierten Daten gemessen werden, ob die beiden λ-Werte der beobachtbaren Spektrallinien des Sterns S2 jeweils tatsächlich im Rahmen der erwähnten Abschätzung mit den beiden genannten Werten übereingestimmt hätten (oder ansonsen: in wie fern nicht) ? …

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