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Themen der Wissenschaft: Das Erwachen der Schwarzen Löcher

Die supermassereichen Schwarzen Löcher in den Zentren der Galaxien werfen viele heiß diskutierte Fragen auf: Wie schnell sind die Schwarzen Löcher im jungen Universum gewachsen, wie haben sie ihre Umgebung beeinflusst? Hatten sie sich bereits zu voller Größe entwickelt, bevor um sie herum die ersten Sterne aufleuchteten und die Galaxien zu wachsen begannen?
Diesen von Astronomen weltweit diskutierten Fragen nach den allerersten Anfängen der Sterne und Galaxien, die wir heute in unserer kosmischen Umgebung beobachten, geht auch ein internationales Team unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg nach, indem es die fernsten bekannten Quasare spektroskopisch untersucht.Quasare sind besonders helle Galaxien. Ihre enorme Leuchtkraft lässt sich nur mit der Annahme erklären, dass in ihren Zentren extrem massereiche Schwarze Löcher sitzen – ihre Masse beträgt Millionen bis Milliarden Sonnenmassen. Aus ihrer Umgebung saugen sie große Mengen Materie auf, die zunächst eine Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch bildet und von dort aus schließlich hineinstürzt. Dabei werden riesige Mengen an Gravitationsenergie in Wärme und damit in Strahlung umgesetzt. Ein weiterer Teil der Energie kann zwei fast lichtschnelle Plasmaströme (»Jets«) in beide Richtungen senkrecht zur Akkretionsscheibe antreiben – entlang der Polachse – in den Weltraum hinaus. Die gesamte »zentrale Maschine « ist in einen dichten Staubring eingebettet (einen »Staubtorus«): Er bewirkt, dass die Strahlung des Quasars richtungsabhängig geschwächt wird. Deshalb kann der Quasar aus unterschiedlichen Richtungen betrachtet recht verschiedene Eigenschaften aufweisen. In der Umgebung dieser »zentralen Maschine« ist das Gas hochgradig ionisiert (ähnlich wie in der Sonnenkorona). Da dort hohe Geschwindigkeiten herrschen, sind die Emissionslinien dieses Gases dopplerverbreitert. Deshalb wird dieses Gebiet als »Broad line region« bezeichnet. Große Himmelsdurchmusterungen förderten in den vergangenen Jahren eine Fülle an Daten über Quasare zutage.

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Spektrum - Die Woche – Der Umbau der Chemieindustrie

Täglich entstehen in riesigen Fabriken zahllose Stoffe, die wir in unserem Alltag nutzen – allerdings nur dank fossiler Rohstoffe und eines extrem hohen Energieverbrauchs. In dieser »Woche« geht es um den Umbau der Chemieindustrie hin zur Klimaneutralität. Außerdem: Gibt es sie, die »Zuckersucht«?

Spektrum der Wissenschaft – Leere im Kosmos

Es gibt riesige, Voids genannte, Bereiche im Universum, in denen praktisch keine Materie vorkommt. Ihre ungeheure Leere könnte helfen, einige hartnäckige Rätsel der modernen Kosmologie zu lösen. Außerdem: Viele Menschen haben angeblich einen Mangel an Vitamin D. Studien zeigen, von einer zusätzlichen Vitamin-D-Gabe profitieren wohl deutlich weniger Menschen als gedacht. Mehrere Forschungsgruppen und Unternehmen machen Jagd nach dem Majorana-Quasiteilchen, da dieses Quantencomputer dramatisch verbessern könnte. Wie kann Aufforstung angesichts von Klimawandel und Schädlingsbefall gelingen? Natürliche Erneuerung und andere Baumarten lassen auf einen gesunden Wald hoffen.

Spektrum - Die Woche – Chinas gigantischer Neutrinodetektor geht an den Start

In dieser Ausgabe der »Woche« gehen wir einem der größten Rätsel der Physik nach: der bisher nicht messbaren Masse von Neutrinos. Um der Lösung ein Stück näher zu kommen, wird in China gerade eine riesige neue Forschungsanlage unter der Erde gebaut. Außerdem: Wie konnten Sauropoden so riesig werden?

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