Verzerrter Tanz der Giganten

Verbogene Raumzeit: Wie sieht es aus, wenn zwei supermassereiche Schwarze Löcher einander eng umkreisen? Wie verzerrt ihre enorme Schwerkraft das Licht der sie umkreisenden Materie? Das zeigt nun eine neue NASA-Simulation. Durch die Verzerrung der Raumzeit sehen wir dabei jedes Schwarze Loch gleichzeitig von oben und unten. Zudem wäre das Licht vom kleineren Partner kurzwelliger und heißer – hier blau dargestellt.

Ob Sagittarius A* im Herzen unserer Milchstraße, das berühmte Schwarze Loch M87* oder die Quasare des fernen Kosmos: Im Zentrum der meisten Galaxien sitzen supermassereiche Schwarze Löcher – Giganten von mehreren Millionen bis Milliarden Sonnenmassen. Erkennbar sind sie jedoch nur an ihrer Schwerkraftwirkung und an der Strahlung, die die von ihnen verschlungenen Materie abgibt. Wie ein solcher Gigant sein eigenes Licht verzerren würde, zeigte 2019 erstmals eine Visualisierung der NASA.

Gravitationseffekte sichtbar gemacht

Jetzt haben die NASA-Wissenschaftler nachgelegt und zeigen nun auch, wie zwei einander eng umkreisende Schwarze Löcher die Raumzeit und das von ihrer strahlenden Akkretionsscheibe ausgehende Licht verzerren würden. „Wir sehen zwei supermassereiche Schwarze Löcher, eines mit rund 200 Millionen Sonnenmassen, das andere etwa halb so schwer“, erklärt Jeremy Schnittman vom Goddard Space Flight Center der NASA. Das größere ist orange, das kleinere blau dargestellt.

Wie schon in der Vorgängersimulation erkennt man, dass die Schwerkraft der beiden Giganten ihr eigenes Bild so verzerrt, dass man ihre Ober- und Unterseite zugleich sieht. Wenn nun eines der beiden Schwarzen Löcher hinter seinem Partner vorbeizieht, fragmentiert sein Abbild. Durch den starken Gravitationslinseneffekt erzeugt die vom vorderen Giganten verzerrte Raumzeit multiple, verzerrte Abbilder des hinter ihm stehenden Schwarzen Lochs in Form von Lichtbögen.

Ein weiterer verblüffender Effekt: Entgegen der Intuition scheint das sich von uns entfernende Schwarze Loch dabei größer statt kleiner zu werden. Ursache ist die sogenannte relativistische Aberration – auch dies ist ein Verzerrungseffekt, der durch große Beschleunigungen oder starke Gravitation hervorgerufen wird und die Dimensionen von Objekten zu verändern scheint.

Multiple Abbilder

Betrachtet man den Tanz der beiden Schwarzen Löcher in der Draufsicht, tritt ein weiteres Phänomen zutage: Beide erzeugen ein verkleinertes Abbild ihrer selbst im Orbit ihres Partners. Dieses Abbild zeigt sie jedoch nicht von oben, sondern verzerrt von der Seite. Das bedeutet, dass in diesem Raumzeitbereich nahe dem Ereignishorizont das Licht des Abbilds um 90 Grad gekippt wird. Wir sehen damit dieses Schwarze Loch einmal von oben und dann ein zweites Mal als seitliches Abbild.

„Ein weiterer erstaunlicher Aspekt dieser neuen Visualisierung ist die selbstähnliche Natur der Abbilder, die durch den Gravitationslinsen-Effekt erzeugt werden“, erklärt Schnittman. „Wenn man in eines dieser Schwarzen Löcher hineinzoomt, zeigen sich dort multiple, zunehmend verzerrte Abbilder seines Partners.“

Entstanden ist die Visualisierung, indem Schnittman und sein Team auf einem Supercomputer der NASA mithilfe astrophysikalischer Modelle den Pfad berechnet haben, den die Lichtstrahlen der Akkretionsscheiben um die beiden Schwarzen Löcher durch die verzerrte Raumzeit nehmen.

Quelle: NASA