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Caro
Astrophysikerin

Deutschland
5929 Beiträge

Erstellt am: 26.07.2018 :  15:44:41 Uhr  Profil anzeigen  Besuche Caro's Homepage  Antwort mit Zitat
Beobachtungen des Galaktischen-Zentrum-Teams am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) zeigen erstmals die von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagten Auswirkungen auf die Bewegung eines Sterns durch das extreme Gravitationsfeld nahe dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße. Dieses lang ersehnte Ergebnis ist der Höhepunkt einer 26-jährigen Beobachtungskampagne mit den Teleskopen der ESO in Chile.

Das der Erde am nächsten gelegene supermassereiche Schwarze Loch liegt 26 000 Lichtjahre entfernt im Zentrum der Milchstraße. Dieses Gravitationsmonster, dessen Masse vier Millionen Mal so groß ist wie die der Sonne, ist von einer kleinen Gruppe von Sternen umgeben, die sich mit hoher Geschwindigkeit auf Umlaufbahnen befinden. Diese extreme Umgebung - das stärkste Gravitationsfeld in unserer Galaxie - macht sie zum perfekten Ort, um die Physik der Gravitation zu erforschen und insbesondere Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie zu testen.

Neue Infrarot-Beobachtungen der empfindlichen Instrumente GRAVITY, SINFONI und NACO, die unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) entwickelt wurden, haben es Astronomen nun ermöglicht, einem dieser Sterne, genannt S2, auf seiner Umlaufbahn zu folgen. Insbesondere konnten sie genau beobachten, wie er im Mai 2018 sehr nahe am Schwarzen Loch vorbei kam. Die kürzeste Entfernung zwischen diesem Stern und dem Schwarzen Loch betrug weniger als 20 Milliarden Kilometer; der Stern bewegte sich dabei mit einer Geschwindigkeit von über 25 Millionen Kilometern pro Stunde - fast drei Prozent der Lichtgeschwindigkeit.

Das Team verglich die Positions- und Geschwindigkeitsmessungen von GRAVITY bzw. SINFONI sowie aus früheren Beobachtungen von S2 mit anderen Instrumenten sodann mit den Vorhersagen der Newtonschen Gravitation, der allgemeinen Relativitätstheorie und auch anderen Gravitationstheorien. Die neuen Ergebnisse stehen im Widerspruch zu den Newtonschen Vorhersagen und sind in ausgezeichneter Übereinstimmung mit den Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie.

Diese hochpräzisen Messungen wurden von einem internationalen Team unter der Leitung von Reinhard Genzel (MPE) in Garching, Deutschland, in Zusammenarbeit mit Mitarbeitern am Pariser Observatorium-PSL, der Université Grenoble Alpes, CNRS, dem Max-Planck-Institut für Astronomie, der Universität Köln, dem portugiesischen CENTRA - Centro de Astro#64257;sica e Gravitação und der ESO durchgeführt. Die Beobachtungen sind der Höhepunkt einer 26-jährigen Reihe von immer genaueren Beobachtungen des Zentrums der Milchstraße mit Instrumenten der ESO.

"Dies ist das zweite Mal, dass wir den nahen Vorbeiflug von S2 um das Schwarze Loch in unserem galaktischen Zentrum beobachtet haben. Aber diesmal konnten wir den Stern aufgrund der deutlich verbesserten Instrumentierung mit bisher unerreichter Auflösung beobachten", erklärt Genzel. "Seit mehreren Jahren haben wir uns intensiv auf dieses Ereignis vorbereitet, da wir bei dieser einmaligen Gelegenheit allgemein-relativistische Effekte beobachten wollten."


Diese Simulation zeigt die Sternbahnen nahe dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße. Bild: ESO/L. Calçada/spaceengine.org


Die neuen Messungen zeigen deutlich einen Effekt, der als Gravitations-Rotverschiebung bezeichnet wird. Das Licht des Sterns wird durch das sehr starke Gravitationsfeld des Schwarzen Lochs zu längeren Wellenlängen hin gestreckt. Und die Änderung der Wellenlänge des Lichts von S2 stimmt genau mit der Vorhersage von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie überein. Dies ist das erste Mal, dass diese Abweichung von den Vorhersagen der einfacheren Newtonschen Gravitationstheorie in der Bewegung eines Sterns um ein supermassereiches Schwarzes Loch beobachtet wurde.

Das Team nutzte SINFONI, um die Geschwindigkeit von S2 relativ zur Erde zu messen, und das GRAVITY-Instrument im VLT-Interferometer (VLTI) zur außergewöhnlich präzisen Messung der Position von S2, um die Form seiner Umlaufbahn zu bestimmen. GRAVITY erzeugt so scharfe Bilder, dass die Bewegung des Sterns von Nacht zu Nacht sichtbar wird, wenn er – 26 000 Lichtjahre von der Erde entfernt – nahe am Schwarzen Lochs vorbeigeht.

"Unsere ersten Beobachtungen von S2 mit GRAVITY vor etwa zwei Jahren haben bereits gezeigt, dass wir mit dem Galaktischen Zentrum das perfekte Labor für die Erforschung eines Schwarzen Lochs haben", ergänzt Frank Eisenhauer (MPE), Principal Investigator von GRAVITY und dem SINFONI-Spektrographen. "Während des nahen Vorbeiflugs konnten wir auf den meisten Bildern sogar das schwache Glühen rund um das Schwarze Loch erkennen. Damit konnten wir den Stern auf seiner Umlaufbahn extrem genau verfolgen, was schließlich zur Erkennung der gravitativen Rotverschiebung im Spektrum von S2 führte."

Mehr als einhundert Jahre der Veröffentlichung der Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, erweisen sich die Vorhersagen von Einstein einmal mehr als richtig – in einem viel extremeren Labor, als er es sich vorstellen konnte!

"In dem extrem starken Gravitationsfeld erwarten wir allgemein relativistische Effekte zu sehen – aber nur, wenn wir genau genug beobachten können", sagt Stefan Gillessen, "Deshalb mussten wir die Technologie bis an die Grenzen ausreizen: Mit SINFONI können wir die Radialgeschwindigkeit von Sternen sehr genau messen und GRAVITY liefert uns extrem scharfe Bilder und genaue Positionen."

Weitere Beobachtungen dürften schon bald einen weiteren relativistischen Effekt zeigen: eine kleine Rotation der Sternumlaufbahn, bekannt als Schwarzschild-Präzession - wenn sich S2 vom Schwarzen Loch entfernt.

Xavier Barcons, Generaldirektor der ESO, schließt: "Die ESO arbeitet seit über einem Vierteljahrhundert mit Reinhard Genzel und seinem Team sowie Mitarbeitern in den ESO-Mitgliedstaaten zusammen. Es war eine große Herausforderung, die einzigartig leistungsfähigen Instrumente zu entwickeln, die für diese sehr empfindlichen Messungen benötigt werden, und sie am VLT in Paranal einzusetzen. Die heute bekannt gegebene Entdeckung ist das aufregende Ergebnis einer bemerkenswerten Partnerschaft."

Weitere Infos, Bilder und Videos auf den Seiten des MPE unter news20180726, beim MPIA unter http://www.mpia.de/aktuelles/wissenschaft/2018-08-gravity-sl und bei der ESO unter https://www.eso.org/public/germany/news/eso1825/

Bearbeitet von: Caro am: 26.07.2018 15:45:43 Uhr
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