Schritt für Schritt ins Schwarze Loch

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Fabian Dittmar
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1 Schritt für Schritt ins Schwarze Loch Dieses Werk darf unter Verweis auf die Autorin und die beteiligten Institute Ute Kraus Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Golm, und Theoretische Astrophysik, Universität Tübingen für nicht-kommerzielle Zwecke verwendet werden.

2 Das Ausgangsszenario Das Raumschiff Solaris mit seiner Besatzung aus Robotern zur Erkundung des Alls ist unterwegs zum Zentrum der Milchstraße. Neben vielen anderen Messdaten funkt es auch die Bilder von drei Kameras zur Erde:! Kamera 1 blickt in Flugrichtung! Kamera 2 zur Seite (in Flugrichtung rechts)! Kamera 3 nach hinten Wolfgang Stegmüller Seite 2

3 Das Ausgangsszenario Nach vielen Jahren Flugzeit ist die Erde schon längst nicht mehr sichtbar und die Sonne ist nur noch ein Stern unter vielen. Der Blick nach draußen zeigt die Milchstraße als Band aus Sternen, leuchtendem Gas und dunklen Staubwolken. Kamera 1 Kamera 2 Kamera Wolfgang Stegmüller Seite 3

4 Das Ausgangsszenario Da gibt der zentrale Bordcomputer eine Warnung heraus. Das Raumschiff erfährt von außen eine Beschleunigung, so als wäre ein Planet oder ein Stern in der Nähe; auf den Kamerabildern ist aber kein naher Himmelskörper zu sehen. Die automatische Steuerung klassifiziert das Ereignis als "wissenschaftlich interessant", "rechtfertigt Kursänderung", "vermutlich harmlos" und richtet den Kurs des Raumschiffes darauf aus Wolfgang Stegmüller Seite 4

5 Das Ausgangsszenario Kamera 1 wird vorübergehend auf Zoom gestellt (10 Grad Öffnungswinkel in der Waagrechten) und entdeckt einige Zeit später im Sternbild Schwan eine kleine ringförmige, verwaschene Struktur. Die wissenschaftliche Software hat sie zu diesem Zeitpunkt bereits identifiziert: Es handelt sich um ein Schwarzes Loch von 10 Sonnenmassen, dem sich das Raumschiff inzwischen bis auf 1,2 Millionen Kilometer genähert hat Wolfgang Stegmüller Seite 5

6 1,2 Millionen Kilometer Entfernung Diese Gelegenheit, die Gravitation in unmittelbarer Nähe eines Schwarzen Lochs experimentell zu untersuchen, ist einmalig. Mit der 100-fachen Erdbeschleunigung halten die Photonentriebwerke den Abstand zum Schwarzen Loch konstant, während die Kreiselexperimente angeworfen werden, die den Drehimpuls des Schwarzen Lochs bestimmen sollen. Bei den Servicerobotern treten leichte Deformationen und erste Fälle von Materialermüdung auf Wolfgang Stegmüller Seite 6

7 Das Schwarze Loch in 1,2 Mio km Entfernung Wolfgang Stegmüller Seite 7

8 Annäherung an das Schwarze Loch Ein kosmisches Teilchen trifft mit hoher Energie einen Chip im EDV-Bereich des Raumschiffs und setzt das Bit "Treibstoff reicht für den Rest der Mission" permanent auf wahr. Aufgrund dieser Fehlinformation leitet der Bordcomputer die weitere Annäherung an das Schwarze Loch ein Wolfgang Stegmüller Seite 8

9 Annäherung an das Schwarze Loch Die Kameras sind wieder auf Weitwinkel eingestellt (90 Grad Öffnungswinkel in der Waagrechten). Bei einer Beschleunigung von 15 Millionen g stabilisiert sich das Raumschiff in 3000 km Höhe; die Roboter sind inzwischen Metallschrott. Die ringförmige Struktur ist jetzt deutlich sichtbar. Sie kommt dadurch zustande, dass Lichtstrahlen in der Nähe des Schwarzen Lochs abgelenkt werden Wolfgang Stegmüller Seite 9

10 3000 Kilometer Entfernung Die Gas- und Staubwolken, die weit hinter dem Schwarzen Loch liegen, erscheinen bogenförmig verzerrt. Im Zentrum der Struktur wird der Zentralbereich des Schwarzen Lochs als kleine, vollkommen schwarze Scheibe sichtbar: Kamera 1 Kamera 2 Kamera Wolfgang Stegmüller Seite 10

11 600 Kilometer Entfernung Beim nächsten Stop in 600 km Entfernung (400 Millionen g verhindern den Sturz in das Schwarze Loch) erkennt man deutlich Doppelbilder; innerhalb des Kreises ist die gesamte Milchstraße ein zweites Mal zu sehen: Kamera 1 Kamera 2 Kamera Wolfgang Stegmüller Seite 11

12 Die Entstehung von Mehrfachbildern Wolfgang Stegmüller Seite 12

13 150 Kilometer Entfernung In 150 Kilometern Entfernung (9 Milliarden g) nimmt der schwarze Zentralbereich bereits einen erheblichen Teil des Blickfelds ein: Kamera 1 Kamera 2 Kamera Wolfgang Stegmüller Seite 13

14 90 Kilometer Entfernung 90 km oberhalb des Ereignishorizonts (30 Milliarden g) füllt er sogar das gesamte Blickfeld von Kamera 1: Kamera 1 Kamera 2 Kamera Wolfgang Stegmüller Seite 14

15 45 Kilometer Entfernung Der sogenannte Photonenradius ist erreicht: Das Schwarze Loch nimmt genau die halbe Himmelskugel ein. Höhe: 45 km, Beschleunigung 100 Milliarden g. Kamera 1 Kamera 2 Kamera Wolfgang Stegmüller Seite 15

16 30 Kilometer Entfernung In 30 km Höhe (bei 200 Milliarden g) überdeckt das Schwarze Loch mehr als die Hälfte der Himmelskugel: Kamera 1 Kamera 2 Kamera Wolfgang Stegmüller Seite 16

17 13 Kilometer Entfernung In 13 km Höhe: das Raumschiff hält sich mit 650 Milliarden g in einer festen Position. Nur beim Blick zurück ist der Sternenhimmel noch zu sehen; nach vorne und zur Seite herrscht Dunkelheit: Kamera 1 Kamera 2 Kamera Wolfgang Stegmüller Seite 17

18 4 Kilometer Entfernung Mit 2 Billionen g hält das Raumschiff für einen kurzen Augenblick 4 km Abstand zum Ereignishorizont. Der Blick zurück zeigt in einem kleinen Ausschnitt des Sichtfelds den gesamten Himmel; von jedem Stern sind mehrfache Bilder zu sehen: Kamera 1 Kamera 2 Kamera Wolfgang Stegmüller Seite 18

19 uijtö&/()OJLMK+# +*##ÜJK Bordcomputer an Waghäusel Space Center: ENDE DER MISSION Wolfgang Stegmüller Seite 19

20 Fragen? Wolfgang Stegmüller Seite 20

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