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Mehr als nur eine Gravitationslinse: Wie zwei Schwarze Löcher ihr Licht verzerren

Ein Doppelsystem von umeinander kreisenden Schwarzen Löchern stellt mit Lichtwellen sehr merkwürdige Dinge an. Eine Videosimulation zeigt, wie das für uns aussehen würde.
Schwarzes Loch vor Schwarzem LochLaden...

Der Schwerkraftfalle eines Schwarzen Lochs entkommt am Ende nicht einmal Licht. Gerade deshalb würde es für uns aus der Nähe betrachtete wohl ziemlich faszinierend aussehen, weil die von der Gravitation umgelenkten Lichtwellen sich um das schwarze Zentrum herumbiegen und die Umgebung auf ganz eigene Weise verzerrt zeigt. Noch spannender dürfte das Bild werden, wenn gleich zwei Schwarze Löcher ins Spiel kommen, die um ein gemeinsames Zentrum rotieren. Welche optischen Effekte so ein Tanz zweier supermassereicher Schwerkraftgiganten produziert, hat ein Visualisierungsteam der NASA jetzt in einem Simulationsvideo nachgestellt.

Die Astrophysiker um Jeremy Schnittman vom Goddard Space Flight Center haben darin zwei unterschiedlich große supermassereiche Schwarze Löcher simuliert: ein 200 Millionen Sonnenmassen schweres sowie einen rund halb so leichten Tanzpartner. In der Realität dürften die Schwarzen Löcher in solchen Doppelsystemen von Materiewolken umgeben sein, die über einige Millionen Jahre hinweg noch nicht in das Gravitationszentrum abgestürzt sind: Sie formen Akkretionsscheiben, die für optische Showeffekte sorgen, weil sich das verzerrte Licht hier bricht. Im Simulationsvideo haben Schnittmann und Co hierfür eine rote und eine blaue Gaswolke simuliert, die die Lichtverzerrung beim Tanz der Schwarzen Löcher je nach Blickrichtung deutlich machen.

Der Tanz der Schwarzen Löcher
Ein Doppelsystem aus zwei supermassereichen Schwarzen Löchern zwingt das Licht um sie herum auf Umwege – und sorgt dadurch für bizarre optische Effekte.

Zu sehen ist dabei nicht nur der typische Gravitationslinseneffekt, der entsteht, wenn ein Schwarzes Loch sich vor das andere schiebt und das Licht des verdeckten Partners um sich herumlenkt, dabei ein Folge sich verändernder Lichtbögen produziert und das hintere Schwarze Loch verzerrt und vergrößert. Weil die beiden Schwarzen Löcher umeinander mit hoher Geschwindigkeiten rotieren, verziehen sie zudem Raum und Zeit und produzieren Raumzeit-Strudel, die die Reise der Lichtwellen und damit das Bild zusätzlich komplex verändern. So wird weiter vom Gravitationszentrum entfernt laufendes Licht weniger abgelenkt, weiter innen dann stärker und zudem womöglich mehrfach gebrochen. Dabei entstehen Effekte wie die im Video gezeigten »Augenbrauen«, die sich, wie auch frühere Simulationen schon zeigten, als fraktale Strukturen in kleineren Augenbrauen sogar wiederholen, weil Lichtwellen mehrfach um das im Doppelsystem herumgelenkt werden.

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