Astronomen haben direkt beobachtet, wie ein supermassereiches Schwarzes Loch das Gefüge der Raumzeit um sich selbst verdreht, und bestätigten damit eine jahrhundertealte Vorhersage aus Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie. Das als Frame-Dragging oder Lense-Thirring-Effekt bekannte Phänomen wurde bei einem Stern entdeckt, der durch die Schwerkraft des Schwarzen Lochs auseinandergerissen wurde, und lieferte einen beispiellosen Beweis dafür, wie diese kosmischen Riesen die Realität verzerren.
Die Wissenschaft hinter der Raumzeit
Einsteins Theorie von 1915 ging davon aus, dass Masse die Raumzeit – das einheitliche Konzept von Raum und Zeit – verzerrt und das erzeugt, was wir als Schwerkraft erleben. Massivere Objekte erzeugen größere Verzerrungen. Im Jahr 1918 zeigten Josef Lense und Hans Thirring mathematisch, dass rotierende massive Objekte mit ihrer Bewegung die Raumzeit mitziehen, wie ein Kreisel Wasser in einem Whirlpool zieht. Es ist bekannt, dass es schwierig ist, diesen Effekt direkt zu messen.
Warum das wichtig ist: Die Bestätigung des Frame-Dragging bietet ein neues Werkzeug zur Untersuchung von Schwarzen Löchern. Wir können jetzt ihre Drehung untersuchen, wie sie Materie verschlingen (durch Tidal Disruption Events oder TDEs) und welche starken Energiestrahlen sie aussenden.
Wackelnde Beweise für ein Sternenfest
Im Mittelpunkt der Beobachtung steht ein Tidal Disruption Event (TDE) namens AT2020afhd, bei dem sich ein Stern zu nahe an ein supermassereiches Schwarzes Loch wagte. Die Schwerkraft des Schwarzen Lochs streckte den Stern in einen Materialstrang – ein Prozess, der den Spitznamen „Spaghettifizierung“ trägt – bevor er ihn verzehrte. Als die Sterntrümmer zu einer Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch herumwirbelten, bemerkte das Team ein rhythmisches Wackeln seiner Röntgen- und Radioemissionen.
Dieses Wackeln, das sich alle 20 Erdentage wiederholte, war nicht zufällig. Es entsprach der erwarteten Signatur des Frame-Dragging: Das Schwarze Loch verdreht den Raum um sich herum buchstäblich.
Wie die Beobachtung gemacht wurde
Das Team nutzte Daten des Neil Gehrels Swift Observatory der NASA (Röntgenbeobachtungen) und des Karl G. Jansky Very Large Array (Radiowellen), um die TDE zu verfolgen. Im Gegensatz zu früheren TDEs zeigte AT2020afhd kurzfristige Signaländerungen, die nicht durch gewöhnliche Energiefreisetzung erklärt werden konnten. Dies bestätigte die Vermutung des Teams, dass das Schwarze Loch den Raum um sich herum zieht.
„Unsere Studie liefert den bisher überzeugendsten Beweis für die Lense-Thirring-Präzession … ein Schwarzes Loch, das die Raumzeit mit sich zieht“, sagte Cosimo Inserra von der Universität Cardiff. „Das ist ein echtes Geschenk für Physiker.“
Gravitomagnetismus und zukünftige Forschung
Die Entdeckung legt nahe, dass rotierende massive Objekte ein „gravitomagnetisches Feld“ erzeugen, ähnlich wie rotierende geladene Objekte Magnetfelder erzeugen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten zum Verständnis der Physik Schwarzer Löcher und der extremen Umgebungen um sie herum. Weitere Analysen könnten unser Verständnis des Frame-Dragging und seiner Auswirkungen auf das Universum verfeinern.
Fazit: Die Beobachtung, dass die Raumzeit von einem Schwarzen Loch mitgerissen wird, ist nicht nur eine Bestätigung von Einsteins Theorie, sondern ein entscheidender Schritt, um die Geheimnisse dieser kosmischen Giganten zu entschlüsseln. Es bietet eine neue Methode zur Untersuchung von Schwarzen Löchern, ihren Ernährungsgewohnheiten und den heftigen Prozessen, die sie auslösen, und bietet tiefere Einblicke in die extremste Physik im Kosmos.
