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Schwarze Löcher in Bayrischzell

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.

Radioteleskope nehmen erstes Bild eines schwarzen Lochs auf

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.

Zur Be­rech­nung wer­den die schnellsten Su­per­com­puter gebraucht

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"