Wie werden Schwarze Löcher gefunden?

Es gibt viele, viele Möglichkeiten, dies zu tun.

Gravitationslinsen

Das ist mit Abstand das bekannteste. Es wurde von den anderen erwähnt, aber ich werde darauf eingehen.

Licht, das von entfernten Körpern kommt, kann durch die Schwerkraft gebogen werden, wodurch ein linsenähnlicher Effekt entsteht. Dies kann zu mehreren oder verzerrten Bildern des Objekts führen (Mehrere Bilder führen zu Einstein-Ringen und -Kreuzen ).

Wenn wir also einen Linseneffekt in einer Region beobachten, in der es keinen sichtbaren massiven Körper gibt, gibt es dort wahrscheinlich ein Schwarzes Loch. Die Alternative ist, dass wir durch den „Halo“ aus dunkler Materie blicken, der die leuchtenden Komponenten jeder Galaxie und jedes Galaxienhaufens umgibt (und sich daran vorbei erstreckt) ( siehe: Bullet Cluster ). Auf ausreichend kleinen Skalen (dh den zentralen Regionen von Galaxien) ist dies nicht wirklich ein Problem.

(Dies ist der Eindruck eines Künstlers einer Galaxie, die hinter einem BH vorbeizieht)

Gravitationswellen

Spinnende Schwarze Löcher und andere dynamische Systeme mit Schwarzen Löchern senden Gravitationswellen aus. Projekte wie LIGO (und schließlich LISA ) sind in der Lage, diese Wellen zu erkennen. Ein Hauptkandidat von Interesse für LIGO/VIRGO/LISA ist die eventuelle Kollision eines binären Systems aus Schwarzen Löchern.

Rotverschiebung

Manchmal haben wir ein schwarzes Loch in einem binären System mit einem Stern. In einem solchen Fall umkreist der Stern das gemeinsame Baryzentrum.

Wenn wir den Stern genau beobachten, wird sein Licht rotverschoben , wenn er sich von uns entfernt, und blauverschoben, wenn er auf uns zukommt. Die Variation der Rotverschiebung deutet auf eine Rotation hin, und in Abwesenheit eines sichtbaren zweiten Körpers können wir normalerweise schlussfolgern, dass sich dort ein Schwarzes Loch oder ein Neutronenstern befindet.

Vorschläge von Salpeter-Zel'dovitch / Zel'dovitch-Novikov

Salpeter und Zel'dovitch gehen hier ein wenig auf die Geschichte ein und schlugen unabhängig voneinander vor, dass wir Schwarze Löcher anhand von Schockwellen in Gaswolken identifizieren können. Wenn ein Schwarzes Loch eine Gaswolke passiert, werden die Gase in der Wolke gezwungen, sich zu beschleunigen. Dadurch wird Strahlung (meistens Röntgenstrahlen) emittiert, die wir messen können.

Eine Verbesserung ist der Zel'dovitch-Novikov-Vorschlag, der schwarze Löcher in einem Doppelsternsystem mit einem Stern betrachtet. Ein Teil der Sonnenwinde des Sterns wird in das Schwarze Loch gesaugt. Diese abnormale Beschleunigung der Winde wird wiederum zu Röntgenschockwellen führen.

Diese Methode führte (mehr oder weniger) zur Entdeckung von Cyg X-1

Kosmische Gyroskope

Cyg A ist ein Beispiel dafür. Sich drehende Schwarze Löcher verhalten sich wie kosmische Gyroskope – sie ändern ihre Ausrichtung nicht so einfach.

Im folgenden Radiobild von Cyg A sehen wir diese schwachen Gasstrahlen, die von der zentralen Stelle ausgehen:

Diese Jets sind Hunderttausende von Lichtjahren lang – und doch sehr gerade. Diskontinuierlich, aber gerade. Welches Objekt auch immer im Zentrum liegt, es muss sehr lange seine Orientierung beibehalten können.

Dieses Objekt ist ein sich drehendes Schwarzes Loch.

Quasare

Es wird angenommen, dass die meisten Quasare von Schwarzen Löchern angetrieben werden. Viele (wenn nicht alle) Erklärungskandidaten für ihr Verhalten beinhalten Schwarze Löcher mit Akkretionsscheiben, z. B. den Blandford-Znajek-Prozess .

Um die Antwort von John Conde zu ergänzen. Laut der NASA-Webseite "Black Holes" kann die Erkennung von Schwarzen Löchern offensichtlich nicht durch die Erkennung jeglicher Form von elektromagnetischer Strahlung erfolgen, die direkt von ihnen kommt (daher nicht "gesehen" werden kann).

Das Schwarze Loch wird durch Beobachtung der Wechselwirkung mit umgebender Materie von der Webseite abgeleitet:

Wir können jedoch auf das Vorhandensein von Schwarzen Löchern schließen und sie untersuchen, indem wir ihre Wirkung auf andere Materie in der Nähe feststellen.

Dazu gehört auch der Nachweis von Röntgenstrahlung, die von Materie ausgeht, die auf das Schwarze Loch zubeschleunigt. Obwohl dies meinem ersten Absatz zu widersprechen scheint, muss angemerkt werden, dass dies nicht direkt vom Schwarzen Loch stammt, sondern von der Wechselwirkung mit Materie, die darauf zu beschleunigt.

Ein Schwarzes Loch kann auch daran erkannt werden, wie es Licht beugt, wenn sich verschiedene Körper dahinter bewegen. Dieses Phänomen wird als Gravitationslinseneffekt bezeichnet und ist die visuell beeindruckendste Vorhersage von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie.

Dieses Bild zeigt die Geometrie des Gravitationslinseneffekts. Licht von leuchtenden Hintergrundobjekten wird aufgrund der Verzerrung der Raumzeit in Gegenwart von Masse gebogen (hier könnte der rote Punkt möglicherweise das betreffende Schwarze Loch sein):

Astronomen haben die Existenz eines supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum unserer eigenen Milchstraße entdeckt, das den Namen Sagittarius A* trägt .

Über einen Zeitraum von zehn Jahren wurden die Bahnen einer kleinen Gruppe von Sternen verfolgt, und die einzige Erklärung für ihre schnelle Bewegung ist die Existenz eines sehr kompakten Objekts mit der Masse von etwa 4 Millionen Sonnen. Angesichts der beteiligten Massen- und Entfernungsskalen ist die Schlussfolgerung, dass es sich um ein Schwarzes Loch handeln muss.

Eine Möglichkeit besteht darin, Gamma Ray Bursts zu folgen . Wenn ein Schwarzes Loch sich von umgebendem Gas ernährt oder einen Stern verschluckt, der zu nahe gekommen ist, senden sie oft Gammastrahlenausbrüche aus, die sehr energiereich und leicht zu erkennen sind (obwohl sie nicht lange anhalten).

Im Fall von supermassereichen Schwarzen Löchern befinden sie sich scheinbar im Zentrum jeder mittleren und großen Galaxie. Es macht es ziemlich einfach, wo man suchen muss.

Alle 4 Antworten, die vor dieser gegeben wurden, sind sehr gut und ergänzen sich gegenseitig; Wenn Sie ein Objekt finden, das Ihr Zielobjekt umkreist, können Sie auch die Masse Ihres Zielobjekts berechnen.

Materie, die in ein Schwarzes Loch fällt, wird auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Bei der Beschleunigung zerfällt die Materie in subatomare Teilchen und harte Strahlung, also Röntgen- und Gammastrahlen. Ein Schwarzes Loch selbst ist nicht sichtbar, aber das Licht (meist Röntgenstrahlen, Gammastrahlen) von einfallender Materie, das beschleunigt und in Teilchen zerlegt wird, ist sichtbar.

In Richtung des Zentrums unserer Galaxie hat das Chandra-Röntgen-Weltraumteleskop indirekt mehrere Schwarze Löcher neben Sgr A* beobachtet, indem es die harte Strahlung einfallender Materie einfing, die aufflammte, wenn sie etwas verschluckte; danach verdunkeln sich die schwarzen Löcher wieder, wenn in der Nähe nichts mehr zu assimilieren ist;

http://chandra.harvard.edu/press/05_releases/press_011005.html

Hier können Sie etwas von diesem Aufflackern im Schwarm schwarzer Löcher nahe dem Zentrum unserer Galaxie sehen.

Methoden zum Nachweis von Schwarzen Löchern (die nicht wirklich Löcher oder Singularitäten sind, da sie Masse, Radius, Rotation, Ladung und damit Dichte haben, die mit dem Radius variiert, siehe http://en.wikipedia.org/wiki/Schwarzschild_radius ).

• Um ein (stellares oder supermassereiches) Schwarzes Loch passiv zu erkennen, suchen/warten Sie auf harte Strahlungseruptionen, die sporadisch auftreten, und führen Sie dann Beobachtungen durch, um zu sehen, ob Sie einen GRB (Gammastrahlenausbruch) von einem tatsächlichen Schwarzen Loch oder nur von einem Weißen eingefangen haben Zwerg- oder Neutronenstern, der eine periodische Nova macht;

• um ein Schwarzes Loch aktiv zu erkennen, suchen Sie nach Gravitationslinsen, die ein kontinuierlicher Effekt sind, oder Sterne, die mit hoher Geschwindigkeit um einen scheinbar leeren Punkt im Weltraum kreisen, wie z. B. S2 mit 5000+ km/s, um Sgr A*

http://en.wikipedia.org/wiki/S2_(Stern)

Aber es wird nichts mehr zu sehen sein, was es verursacht hat; Es ist besser, einige Beobachtungen dieses Flecks am Himmel zu machen, bevor es passiert.