Das wissenschaftliche Programm der diesjährigen Winterexkursion des Elitestudiengangs „Theoretische und Mathematische Physik“ befasst sich mit schwarzen Löchern, ihrer Beobachtung und ihrer Berechnung auf dem Computer.
Haben große Sterne ihren nuklearen Brennstoff verbraucht, stürzen sie unter ihrer eigenen Schwerkraft in sich zusammen und bilden ein schwarzes Loch, dessen Anziehungskraft so groß ist, dass ihr nichts, nicht einmal das Licht entkommen kann. Außerdem befinden sich wahrscheinlich im Zentrum der meisten Galaxien extrem große schwarze Löcher, selbst in unserer eigenen Milchstraße findet sich eines mit der Masse von etwa einer Millionen Sonnen.
Diese faszinierenden Objekte, wie sie von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie beschrieben werden, kommen selbstverständlich in den Vorlesungen des Elitestudiengangs „Theoretische und Mathematische Physik“ regelmäßig vor. Auf der diesjährigen Winterexkursion nach Bayrischzell kommen Gastwissenschaftler zu Wort, die in jüngster Zeit neue Erkenntnisse zu diesen attraktiven Objekten gewinnen konnten.
Der Astrophysiker Gunther Witzel, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Radioastronomie ist am „Event Horizon Telescope“ beteiligt. Diesem weltweiten Zusammenschluss von Radioteleskopen ist es im vergangenen Jahr erstmalig gelungen, ein Bild eines schwarzen Lochs aufzunehmen. Das schwarze Loch selber ist hier naturgemäß schwarz, jedoch bildet die Materie, die in dieses hineinstürzt, einen glühend heißen Malstrom. Die Strahlung, die dieser aussendet, wird durch die enorme Schwerkraft stark verzerrt. Umgekehrt lassen sich durch Analyse dieses Bildes Rückschlüsse über das genaue Schwerefeld gewinnen.
Mit Zettel und Papier lassen sich nur die einfachsten schwarzen Löcher berechnen. Will man verstehen, wie realistische schwarze Löcher beschaffen sind oder welche Gravitationswellen entstehen, wenn zwei von ihnen verschmelzen, ist man auf Computerberechnungen angewiesen. Bernd Brügemann, Professor an der Universität Jena, ist ein Spezialist dafür, Einsteins Gleichungen, ein kompliziertes System nichtlinearer partieller Differentialgleichungen auf Supercomputern zu simulieren. Dies ist auch notwendig, wenn man aus gemessenen Gravitationswellen, wie die, deren Beobachtung grade mit einem Nobelpreis ausgezeichnet worden ist, Rückschlüsse auf die schwarzen Löcher ziehen will, von denen sie ausgesandt wurden.
Text: Robert Helling, Elitestudiengang „Theroetische und Mathematische Physik"