[ziesell]

Schwarzes Loch: Sagittarius A* erreicht fast Höchstgeschwindigkeit

Fast alle Objekte im Universum drehen sich. Ein Forschungsteam hat untersucht, wie schnell ein schwarzes Loch ist.



Das schwarze Loch Sagittarius A* in der Milchstraße dreht sich laut einer Forschungsgruppe mit fast maximaler Höchstgeschwindigkeit. Für alles, was sich dreht, gibt es eine maximale Geschwindigkeit. Bei schwarzen Löchern ist es nicht anders.

Die maximale Rotationsgeschwindigkeit von Objekten wie der Erde wird durch die Schwerkraft ihrer Oberfläche bestimmt. Das spürbare Gewicht auf der Erde ist nicht nur auf die Anziehungskraft unseres Heimatplaneten zurückzuführen. Die Schwerkraft zieht uns zwar in Richtung des Zentrums unseres Planeten. Doch die Erdrotation neigt dazu, uns von der Erde wegzuschleudern. Diese Zentrifugalkraft ist zwar winzig, aber sie bewirkt, dass unser Gewicht am Äquator minimal kleiner ist als am Nord- oder Südpol.

Was passiert beim Überschreiten der maximalen Rotationsgeschwindigkeit?

Bei unserem 24-Stunden-Tag beträgt der Gewichtsunterschied zwischen den Positionen am Äquator und den Polen nur 0,3 Prozent. Beim Saturn, der einen 10-Stunden-Tag hat, beträgt der Unterschied 19 Prozent. Allerdings ist Saturn am Äquator ein wenig nach außen gewölbt.

Die Anziehungskraft des Planeten und seine Zentrifugalkraft am Äquator können sich auch aufheben. Dafür müssen sie sich so schnell drehen, dass der Gewichtsunterschied 100 Prozent beträgt. Sobald sich ein solcher Planet noch schneller dreht, würde er auseinanderfliegen.

Bei schwarzen Löchern verhält sich das ein wenig anders. Schwarze Löcher sind keine Objekte mit einer physischen Oberfläche. Sie bestehen nicht aus Material, das auseinanderfliegen könnte. Sie zeichnen sich durch ihre enorme Schwerkraft aus, die Raum und Zeit um sie herum verzerrt. Der Ereignishorizont des schwarzen Lochs markiert den Punkt, an dem es für Objekte in der Nähe kein Zurück mehr gibt, aber er ist keine physische Oberfläche.

Schwarze Löcher drehen sich anders

Dennoch haben schwarze Löcher eine maximale Rotationsrate. Jedoch wird ihre Rotation nicht durch die Drehung der physischen Masse definiert, sondern durch die Verdrehung der Raumzeit um sie herum. Wenn sich Objekte wie die Erde drehen, verdrehen sie den Raum um sich selbst sehr leicht. Dieser Effekt ist als Frame Dragging bekannt – und der Spin (Drehimpuls) eines schwarzen Lochs wird durch den Frame-Dragging-Effekt definiert.

Schwarze Löcher drehen sich ohne die physikalische Rotation von Materie, sondern nur durch eine verdrehte Raumzeitstruktur. Aufgrund der inhärenten Eigenschaften von Raum und Zeit gibt es eine Obergrenze für diesen Spin.

In Einsteins Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie wird der Spin eines Schwarzen Lochs durch eine Größe namens a gemessen, wobei a zwischen null und eins liegen muss. Wenn ein schwarzes Loch keinen Spin hat, ist a = 0, und wenn es seine maximale Rotation hat, ist a = 1.

Sagittarius A* dreht sich fast mit seiner Maximalgeschwindigkeit

Aufgrund der Verschiebung der Raumzeit werden die Lichtspektren der Materie in der Nähe des Schwarzen Lochs verzerrt. Durch Beobachtung der Intensität des Lichts bei verschiedenen Wellenlängen konnte das Forschungsteam die Menge des Spins abschätzen.

Die Forschungsgruppe fand heraus, dass der Wert a für unser Schwarzes Loch Sagittarius A* zwischen 0,84 und 0,96 liegt. Das bedeutet, dass es sich unglaublich schnell dreht. Im oberen Bereich der geschätzten Rotation würde es fast mit der maximalen Geschwindigkeit rotieren. Dies ist sogar höher als der Spin-Parameter des schwarzen Lochs in M87, wo a auf 0,89 bis 0,91 geschätzt wird.

Zur Studie

Die Studie wurde am 18. Oktober 2023 auf dem Pre-Print-Server arxiv.org veröffentlicht: New Black Hole Spin Values for Sagittarius A* Obtained with the Outflow Method (Neue Werte für den Spin des schwarzen Lochs in Sagittarius A*, die mit der Ausströmungsmethode ermittelt wurden).

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