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Shownotes
Die Episode über die heftigsten Kollisionen des Kosmos und warum zwei supermassive Schwarze Löcher eigentlich nicht verschmelzen dürften
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Schwarze Löcher gehören zu den extremsten Objekten im Universum. Doch was passiert, wenn zwei dieser kosmischen Giganten aufeinandertreffen? In dieser Episode tauchen Eva und Jana in das faszinierende Thema der Kollisionen von Schwarzen Löchern ein – von stellaren Schwarzen Löchern bis zu den supermassereichen Giganten in den Zentren von Galaxien, die eigentlich nicht kollidieren dürften - es aber trotzdem tun!
Award zu gewinnen!
Es gibt einen Award zu gewinnen!
Der Ö3-Podcast Award geht in die nächste Runde und wird 2025 wieder verliehen.
Und wir würden uns sehr freuen, wenn ihr uns eure Stimme gebt!
Bis 28. Februar 12 Uhr könnt ihr noch euren Lieblings-Podcast auf Ö3 nominieren!
Hier geht's zur Nominierung: Ö3 Podcast Award Nominierung (oe3.orf.at/podcastaward/stories/3045973)
Einleitung mit Pauli-Effekt: 100 Jahre Quantenphysik
Im Weihnachtsspecial von Cosmic Latte (Folge CL049 Weihnachten mit leuchtenden Waschbären und Wissenschaft (cosmiclatte.podigee.io/49-cl049-uber-nobelprei…) erzählte Eva vom österreichischen Physiker Wolfgang Pauli, der neben seinen bahnbrechenden Erkenntnissen für die Quantenphysik, wie dem Pauli-Prinzip, auch für ein weniger wissenschaftliches Phänomen Namensgeber war, dem Pauli-Effekt: sobald sich Pauli in der Nähe von technischen Geräten befand, gingen sie kaputt. Sein Ruf eilte ihm derart voraus, dass ihm teilweise der Zugang zu Laboren untersagt wurde.
Besagten Pauli-Effekt erlebte Eva nach absolvierter Prüfung in Quantenmechanik am eigenen Leibe. Nur ein paar Tage nach der Prüfung begannen technische Geräte in ihrer Nähe kaputt zu gehen. Bis sie herausfand, dass am 4. Februar das Jahr 2025 von der Unesco zum Jahr der Quantenforschung ( International Year of Quantum Science and Technology) ernannt wurde, denn die Beschreibung der Quantenphysik feiert ihr 100-jähriges Bestehen.
Aus diesem Anlass gibt es an vielen Instituten und Universitäten ein vielfältiges Programm.
Hier einige Links mit dem Programm zu 100 Jahre Quantenphysik:
in Deutschland zum Beispiel bei der Max Planck Gesellschaft (mpg.de/24107694/quantenjahr2025-auftakt), der Deutschen Physikalischen Gesellschaft DPG (dpg-physik.de/aktivitaeten-und-programme/quant…) und in Österreich etwa beim FWF (fwf.ac.at/aktuelles/detail/dem-zufall-auf-der-…).
Zudem gibt es auch einen Dokumentarfilm aktuell im Kino zu sehen: "Tracing Light" beschäftigt sich mit dem Phänomen Licht und bringt dafür Kunst und Physik zusammen.
Hier geht's zum Trailer auf Youtube (youtube.com/watch?v=Q0OzgAFpsg4).
Kollidierende Schwarze Löcher
Damit Schwarze Löcher kollidieren können, müssen sie sich zunächst als Paar finden. In stellaren Binärsystemen passiert das oft, wenn zwei massereiche Sterne gemeinsam entstehen, ihr Leben als Supernova beenden und schließlich als Schwarze Löcher weiterbestehen. Alternativ können sich Schwarze Löcher in dichten Sternhaufen durch dynamische Prozesse anziehen und ein Paar bilden
Ein Beispiel für supermassereiche Binaries ist der aktive Kern der Galaxie NGC 6240 (auch bekannt als die “Seestern-Galaxie (de.wikipedia.org/wiki/NGC_6240#/media/Datei:Hu…).jpg)". Dort sind die beiden riesigen schwarzen Löcher wahrscheinlich noch recht weit voneinander entfernt.
Man kennt aber auch Beispiele, wo die Verschmelzung fast fertig ist. Da sieht man zwar keine offensichtlichen zwei Kerne mehr, aber man findet im Spektrum der Galaxie doppelte Emissionslinien.
Für supermassereiche Schwarze Löcher (SMBHs) ist der Weg zur Kollision noch dramatischer: Sie entstehen oft durch die Verschmelzung von Galaxien. Doch selbst wenn zwei Galaxien verschmelzen, ist es nicht garantiert, dass ihre Schwarzen Löcher kollidieren – hier spielt das sogenannte Final Parsec Problem eine entscheidende Rolle.
Supermassive Black Hole Merger – kosmische Giganten auf Kollisionskurs
Phase 1: Annäherung durch Galaxienkollisionen
Wenn zwei Galaxien miteinander verschmelzen, ziehen sich ihre supermassereichen Schwarzen Löcher durch gravitative Wechselwirkungen langsam ins Zentrum der neuen Galaxie. Dieser Prozess kann Millionen Jahre dauern, und die Schwarzen Löcher können sich bis auf einige Parsec (einige Tausend Lichtjahre) annähern.
Phase 2: Binäres System – die kritische Distanz
Sobald die beiden SMBHs ein gebundenes System bilden, beginnt der nächste schwierige Schritt: Sie müssen sich weiter annähern. Dabei verlieren sie Energie, indem sie Sterne und Gas aus ihrer Umgebung herauskatapultieren. Dieses Phänomen nennt man stellar hardening. Doch sobald der Abstand unter etwa 1 Parsec sinkt, stößt das System auf das Final Parsec Problem – die Zahl der interagierenden Sterne reicht möglicherweise nicht mehr aus, um die Annäherung weiter voranzutreiben.
Phase 3: Das Final Parsec Problem
Obwohl die Gravitation sie eigentlich zusammenziehen müsste, bleiben viele SMBH-Paare in einer stabilen Umlaufbahn gefangen. Dafür gibt es mehrere mögliche Gründe:
• Fehlende Materie: In manchen Galaxien gibt es nicht genug Gas oder Sterne, um als „Bremse“ zu wirken.
• Ungleichmäßige Massenverhältnisse: Ein sehr massereiches SMBH könnte sein kleineres Gegenstück in eine stabile Bahn zwingen.
• Dynamische Effekte: Nur durch das Hinzukommen eines dritten Schwarzen Lochs oder durch extreme Störungen kann das System destabilisiert werden.
Phase 4: Gravitationswellen übernehmen die Kontrolle
Sobald der Abstand unter etwa 0,01 Parsec sinkt, werden Gravitationswellen zur dominierenden Energiequelle. Das bedeutet, dass die Schwarzen Löcher Energie in Form von Gravitationswellen abstrahlen, wodurch sie sich immer schneller spiralförmig annähern. Dieser Prozess kann einige Millionen Jahre dauern – im kosmischen Maßstab ist das jedoch ein Wimpernschlag.
Phase 5: Die Kollision und der kosmische „Ringdown“
Wenn sich die beiden Schwarzen Löcher schließlich berühren, entsteht ein neues, noch massereicheres Schwarzes Loch. Dabei kommt es zu einem kurzen, aber extrem starken Ausbruch an Gravitationswellen.
Obwohl Schwarze-Loch-Kollisionen normalerweise keine direkte elektromagnetische Strahlung aussenden, könnten Gasreste oder Akkretionsscheiben um die Schwarzen Löcher durch die gewaltige Energie freigesetzt werden. Ein solches Ereignis könnte sich als extrem heller Röntgenblitz oder sogar als Gammastrahlenausbruch bemerkbar machen.
Ein spektakuläres Beispiel für ein fast verschmelzendes SMBH-Paar ist die Galaxie OJ 287, die regelmäßig starke optische Ausbrüche zeigt. Astronomen und Astronominnen vermuten, dass ein kleineres Schwarzes Loch in einem exzentrischen Orbit regelmäßig durch die Akkretionsscheibe eines massiveren SMBHs pflügt, dabei gewaltige Energiemengen freisetzt und innerhalb der nächsten 10.000 Jahre vollständig verschmelzen wird.
Kollision Stellarer Schwarzer Löcher
Während SMBH-Kollisionen über Milliarden Jahre dauern, laufen Kollisionen zwischen stellaren Schwarzen Löchern wesentlich schneller ab – und sie sind bereits mehrfach von Detektoren wie LIGO und Virgo nachgewiesen worden.
Dieser Prozess wird ebenfalls in unterschiedlichen Phasen verstanden:
Phase 1: Entstehung eines Schwarzen-Loch-Paares
Zwei massereiche Sterne entwickeln sich zu einem binären Schwarzen-Loch-System. Oder zwei isolierte Schwarze Löcher treffen in einem dichten Sternhaufen durch dynamische Prozesse aufeinander und bilden ein Paar.
Phase 2: Spiralförmige Annäherung durch Gravitationswellen
Sobald sich die Schwarzen Löcher näher als einige tausend Kilometer kommen, wird die Gravitationswellen-Abstrahlung so stark, dass die Spirale sich rapide …
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Evi Hallo und herzlich willkommen zu einer neuen Folge von Cosmic Latte. Wieder mit mir Eva und diesmal dabei Jana. Hallo Jana.
Jana Hi, grüß dich.
Evi Hi. Freut mich, dass du heute wieder dabei bist, weil du auch ein ganz spannendes Thema mit hast. Ich habe schon nachgeguckt. Eines meiner Lieblingsthemen, glaube ich fast.
Jana Das Thema, ja. Das Thema, okay, gut.
Evi Der Grund, warum du Astronomie studiert hast.
Jana Ja, das ist einfach das Aushängeschild für die Astronomie, habe ich immer das Gefühl, wenn man darüber spricht.
Evi Da bin ich jetzt gespannt, ob du vielleicht so ein bisschen dieses Versprechen anhalten kannst, weil es gibt so Themen in der Astronomie, die halt so sehr catchy und fast fancy sind, wo man halt so gleich mal so leuchtende Augen bekommt, wenn man die jetzt irgendwie so von außen hört, die halt super spannend klingen, die dann aber oft bei näherer Betrachter gar nicht so spannend sind.
Evi Und ich finde nämlich, es gibt in der Astronomie Themen, die total langweilig klingen und super spannend sind, sobald man sich mit denen irgendwie näher auseinandersetzt. Und wenn man dann irgendwie tiefer reingeht, dann merkt man so, wow, dass das total cool ist.
Jana Ja, das stimmt. Für mich ist ein von diesen Beispielen, du hattest ja mal die Hintergrundstrahlung gemacht. Und das ist, finde ich, eins von diesen Themen, wo man sich immer erst denkt, naja, okay, diese doofe Strahlung, da seht ja wirklich keinen Menschen. Aber das ist so spannend, was da alles dahinter steckt und so.
Jana Da gibt es ganz viele so ein bisschen vernachlässigte Themen, die nach außen so ein bisschen langweilig und angestaubt wirken.
Evi Ja, total.
Jana Sind eigentlich mega.
Evi Bin ich gespannt, ob du da jetzt in welche Richtung du gehst.
Jana Nein, ich bin mir sicher.
Evi Es wird total spannend werden. Aber bevor wir beginnen, muss ich noch oder möchte ich einen kurzen Aufruf starten. Es ist nämlich wieder mal soweit. Und zwar gibt es auch heuer wieder den Ö3 Podcast Award. Also diejenigen, die uns auf Instagram folgen, die haben es vielleicht schon gesehen. Da habe ich ja schon mal einen Aufruf gemacht. Ihr könnt jetzt nämlich eure Lieblingspodcasts nominieren für diesen Award.
Evi Ich hoffe, wir sind euer Lieblingspodcast und ihr wollt uns nominieren. Dann könnt ihr das noch machen bis 28. Februar, 12 Uhr bitte, also vielleicht deadline auf 27. Februar, sich notieren. Man kann auch einmal täglich abstimmen, habe ich erfahren. Falls ihr die Qual der Wahl habt, weil ihr so viele Lieblingspodcasts habt, vor allem gerade in der Astronomie, gibt es ja ein paar sehr spannende.
Evi Ihr könnt mehrmals wählen. Den Link stelle ich in die Shownotes natürlich, beziehungsweise ihr könnt auch selber googeln, Ö3 Podcast Award Nominierungen. Dann kommt er auf die Seite vom Ö3 und da kann man dann in seinem Feld, in seinem Ausfüllformulat dann den Podcast nominieren. Also ich finde es ja immer recht schade. Ich habe gesehen, es gibt da jetzt irgendwie so eine neue Kategorie, auch Corporate Awards.
Evi Und ich finde es immer so ein bisschen schade, weil erstens natürlich Wissenschaftspodcasts, die gehen halt meistens sowieso unter. Und Independent-Podcasts total. Also ich finde, es sollte eher eigentlich einen Award geben für Independent-Podcasts.
Jana Ja, das ist alles sehr stark von irgendwelchen Firmen inzwischen. Das ist dann der von sonst was.
Evi Und die haben halt auch ganz andere Möglichkeiten, vor allem budgetär in der Umsetzung. Also ich würde es eigentlich ganz schön finden in der Wertschätzung, wenn man dann vielleicht mal so einen Independent-Podcast hat und da vielleicht eine Wissenschaftskategorie.
Jana Ja, ja, also wenn man da eigentlich eine eigene Kategorie will, du hast völlig recht, das sind ganz andere Möglichkeiten. Ich kann ja nicht, also als Independent, dass du von Anfang an da irgendwie tausende Euro reinsteckst, ist ja gar nicht möglich. Und wenn du dann trotzdem irgendwas Schönes aufziehen kannst, verdient das eigentlich eine eigene Kategorie.
Jana Das stimmt, ja. Aber vielleicht gehen wir ja nicht ganz unter. Mal schauen.
Evi Zumindest hatten wir letztes Jahr so viel Aufmerksamkeit, dass wir dann zur Verleihung eingeladen worden sind.
Jana Ach, das ist gut.
Evi Ich war dann letztes Jahr mit Elka, waren wir dann zusammen eben dort bei dem Festival. War ganz nett, einmal so in der Podcast-Branche sich herumzutreiben sozusagen. Ja, also nominiert uns bitte.
Jana Es ist ja auch mal schön, in dieser Szene dann mal unterwegs zu sein, sich das alles anzugucken und irgendwie Leute kennenzulernen und so.
Evi Ja, bevor wir da jetzt tiefer reingehen, noch ganz kurz der Hinweis, dass wir jetzt Werbung im Podcast haben. Ich weiß, manche sind enttäuscht, dass nicht jedes Mal, wenn ich Werbung ankündige, auch Werbung komme. Das liegt daran, dass ich die Werbung selber nicht einspiele, sondern ich markiere quasi nur die Stellen, wo denn Werbung überhaupt eingespielt werden darf bei uns in dem Podcast.
Evi Das heißt, wenn keine kommt, das ist alles gut, das ist alles in Ordnung und ja, freut euch einfach, dass es weitergeht. Ansonsten wird es jetzt einen kurzen Spot geben und wir sind dann gleich wieder da. So, und da sind wir wieder.
Jana Und ich habe gehört bei dir, außer dass du die Podcast-Festivals bzw. Preisverleihungen ausgekundschaftet hast, war der Januar so ein bisschen heftig, so von dem, was man mitkriegt?
Evi Heftig, weiß ich nicht, ob das das richtige Wort ist. Er war bei mir eher jenseitig, weil es irgendwie...
Jana Jenseitig?
Evi Ja, weil es hat eigentlich, also ich war so ein bisschen außerhalb von Raum und Zeit gefühlt. Also es hat irgendwie so kein Leben gegeben, aber ich habe mein Leben wieder. Ihr Hintergrund ist, ich habe Ende Jänner, Ende Januar eine Prüfung gehabt an der Uni noch, eine, finde ich, recht schwere Pfandenmechanik, also Theoretische Physik 3.
Evi Hast du das auch machen müssen?
Jana Ja, wir hatten das genauso bei uns auch, also Experimental- und Theoretische Physik, T3 hatten wir dann im vierten Semester und das war eine der schwersten Prüfungen bei uns. Also daran erinnere ich mich sogar noch, dass ich mich am Ende gefragt habe, wie ich diese Prüfung überhaupt bestanden habe, weil das ist ein Thema, das ist so schwierig, da in irgendeiner Form voranzukommen oder auch dafür zu lernen.
Jana Das ist, ja, Hut ab, ich möchte es nicht nochmal schreiben.
Evi Im Prinzip musst du ja die Mathematik mal lernen dazu, weil du hast ja dann mit dieser Dirac-Schreibweise doch irgendwie, dass du diese Mathematik mal lernen musst und dann das alles auch zu verstehen. Also ich finde es wirklich brutal. Und ich habe ja wirklich hart gelernt jetzt vor dieser Prüfung. Also ich glaube, ich habe Ich habe auch noch nie so viel gelernt, muss ich auch zugeben.
Evi Also ich finde auch, dass es bis jetzt wirklich die schwierigste Prüfung war, die ich gehabt habe. Ich hatte aber auch das Gefühl, ich habe auch noch nie einen Stoff so gut beherrscht wie diesen.
Jana Ah, das ist gut.
Evi Ja, also ich habe dann wirklich so gegen Ende hin, weil ich mich dann auch mit Kollegen ausgetauscht habe. Und ja, wie machst du das Beispiel und wie löst du das und habe ich das richtig? Und ich war dann wirklich schon so in dieser Stufe. Ich habe Sachen erklären können.
Jana Ah, das ist sehr gut. Wenn du so weit kommst, das ist...
Evi Das war dann schon fast gruselig, weil ich dachte, oh mein Gott, ich habe das wirklich offensichtlich auf einer Ebene schon verstanden, dass ich das erklären kann. Also ich habe es wirklich auch verinnerlicht, dass man wirklich sehr intensiv damit auseinandergesetzt ist. Deswegen wirklich, der Januar war da jenseitig von mir.
Evi Ja, die Prüfung war dann auch eigentlich sehr gut.
Jana Ja, lief gut. Wie lange habt ihr geschrieben?
Evi Es sind zwei Stunden, zweieinhalb Stunden.
Jana Zwei Stunden, okay.
Evi Also das ist dann alles ganz gut gegangen. Und jetzt muss ich dich kurz zurückführen. Kannst du dich erinnern an unsere Weihnachtsfolge?
Jana Ja.
Evi Das heißt, wenn ich dir sage, Wolfgang Pauli kennst du, gell?
Jana Ja, der Typ, wo alles kaputt geht, wenn er ins Labor kommt.
Evi Genau, ein guter österreichischer Physiker. Sehr geschickt auch, sehr gut auch in seinen wissenschaftlichen Leistungen. Das Pauli-Prinzip, das wird dir wahrscheinlich auch noch was sagen. Das ist ja in der Quantenmechanik total wichtig, dieses Ausschließungsprinzip, das erklärt, warum ihm jetzt keine zwei Elektronen in seinem Quantenzustand in einem Atom einnehmen können. Also er hat auch Neutrinos postuliert.
Evi Also er war da auch wirklich, also auch in dieser Quantenmechanik eigentlich sehr erfolgreich. Und den Pauli-Effekt habe ich ja dann, im Gegensatz dazu, er dann auch erläutert in der Weihnachtsfolge, dass er ja berühmt dafür war, dass wenn er nur in der Nähe von einem Labor war, alles kaputt gegangen ist.
Jana Alles kaputt gegangen ist, ja.
Evi Ja, und jetzt hat sich bei mir doch tatsächlich so zwei, drei Tage nach der Prüfung, ein bestimmter Pauli-Effekt bei mir eingestellt, weil plötzlich bei mir beim Auto mein Bremslicht kaputt war. Also es war nicht kaputt, sondern es ist von selber an und ausgegangen. Oh, okay. Ja, und zwar auf so eine mysteriöse Art und Weise.
Evi Es hat sich in der Nacht eingeschaltet, es hat dann die ganze Nacht beleuchtet und in der Früh war die Batterie leer.
Jana Ja, natürlich.
Evi Und ich musste dann den ÖAMTC, also das ist quasi der ADAC in Österreich, rufen, dass er mir Starthilfe gibt. Dann war dieses Ding die ganze Zeit an, aus und so. Also ich habe das dann reparieren lassen müssen. Und ich dachte, okay, gut, blöd jetzt. Aber zum Glück war das nicht vor der Prüfung oder während dem irgendwie, weil ich ja dann nach Wien auch zur Prüfung fahren musste. Und ich dachte, ja, ist okay.
Evi Und plötzlich ist das aber weitergegangen. Und dann ist der Staubsauger während dem Staubsaugen plötzlich auseinandergefallen. Ich habe so einen Leuchtglobus, ist die Glühbirne plötzlich ausgefallen. Ich weiß gar nicht, wie ich dieses Ding aufmachen kann, dass ich die Glühbirne auftauchen kann. Also es sind lauter solche Sachen plötzlich passiert. Und das ist alles innerhalb von Tagen, also nicht einmal einer Woche.
Evi Und dann habe ich gedacht, oh Mann, jetzt habe ich da diese Quantenmechanikprüfung und plötzlich ist dieser Pauli-Effekt auf mich übergesprungen. Was ist da jetzt los? Und ich habe jetzt dann, glaube ich, auch den Grund dafür gefunden, was denn jetzt wirklich dahinter steckt. Ich meine, man könnte sagen, es ist alles Zufall, aber vielleicht ist doch etwas Größeres dahinter. Ich meine, Pauli glaubte auch, dass er an seinen Pauli-Effekten irgendwas Größeres dahinter steht.
Jana Er war davon irgendwann selber überzeugt, dass es tatsächlich mehr als nur Zufall ist.
Evi Aber ich glaube, ich habe es jetzt gelöst und ich glaube, ich habe diesen Pauli-Effekt auch wieder abgewendet von mir, weil ich habe nämlich herausgefunden, dass am 4. Februar in Paris von der UNESCO das International Year of Quantum Science and Technology eröffnet wurde.
Jana Ja, stimmt.
Evi 100 Jahre Quantenmechanik. Ja, 100 Jahre Quantenforschung auch, Quantenwissenschaft und Technologie. Das ist jetzt das internationale Jahr. Und ich dachte, jetzt hat alles Sinn. 100 Jahre später.
Jana Jetzt muss es, das macht es natürlich, muss es zurückkommen. Das finde ich tatsächlich beeindruckend, als ich das jetzt das erste Mal, glaube ich, Ende letzten Jahres habe ich es gelesen, dass sie jetzt 2025 eben diese 100 Jahre Quantenmechanik machen. Dass das 100 Jahre her ist. Und ich weiß nicht, ob du mir da zustimmst, aber ich habe immer das Gefühl, gerade in der theoretischen Physik ist die Quantenmechanik für mich immer so das letzte wirklich Riesending, was da passiert ist. Also der letzte...
Evi Der große Wurf sozusagen.
Jana Parameter verändernder, genau. Und der sieht schon wieder 100 Jahre her, das ist fast schon ein bisschen deprimierend für mich.
Evi Ja, das stimmt.
Jana Und dann schreibst du in dem Jahr auch noch deine Quantenmechanikprüfung.
Evi Ja, stimmt. Ja, eben.
Jana Das passt ja perfekt.
Evi Ja, ich sehe jetzt auch die Zusammenhänge, gell?
Jana Total, natürlich.
Evi Das kann alles nicht Zufall sein.
Jana Aber ich muss, was du vorhin gesagt hast, dass du es wirklich verstanden hast und anderen Leuten erklären, das finde ich super, weil ich habe Quantenmechanik damals geschrieben, T3, und ich war eben danach so, ich habe Also ich hatte erstmal das Gefühl, ich habe nicht verstanden, was ich da gemacht habe. Ich habe diese Prüfung irgendwie bestanden.
Jana Und dann erst später, dann hatten wir dann in Experimentalphysik Atom- und Molekülphysik, ein Semester später. Und da hat es dann so langsam Klick gemacht, weil dann plötzlich so diese tatsächlichen, also in Anführungszeichen, Anwendungen dazu kamen, die diese theoretische Grundlage für mich so ein bisschen erklärt haben.
Jana Aber wenn du schon dabei bist, dass du jetzt den Leuten die Kontenmechanik erklären kannst, das ist ziemlich groß. Das ist wirklich gut.
Evi Also ich weiß jetzt nicht, ob ich so weit gehen würde, dass ich jetzt Leuten die Quantenmechanik erklären kann.
Jana Ja, aber grundsätzlich Probleme da erkläre.
Evi Genau, aber zumindest ein paar Sachen aus der Vorlesung und aus der Übung habe ich dann schon so weit verstanden, dass ich es halt wirklich auch erklären kann, dass man das jetzt so und so macht und warum man das so macht. Ich vergesse solche Sachen aber leider sehr schnell. Also wahrscheinlich, wenn du mich in einem Monat fragst, ist wahrscheinlich alles wieder weg.
Jana Ja, ist alles wieder raus.
Evi Aber ich habe jetzt vor kurzem ein Paper gelesen, weil ich beim Universums-Podcast über Zeitreisen gesprochen habe. Bist dann natürlich schnell in der Quantenmechanik. Da habe ich jetzt ein Paper gelesen über verschränkte Zeitlinien. Und ich bin das halt dann so durchgegangen. Ja, ich habe es gelesen und so.
Evi Und da habe ich gedacht so, ach verdammt, ich verstehe das. Und verdammt, ich kann das lesen.
Jana Ja, genau. Es sind nicht irgendwelche Runen, die da geschrieben sind. Ja, mega.
Evi Das schaut ja alles sehr kryptisch aus. Genau, und du sagst, das sind ja so Runen eigentlich.
Jana Ja.
Evi Das ist ein bisschen unheimlich auch. Ich bin ja auch spazieren gegangen im Park und habe mir diese ganzen Formeln im Kopf wiederholt, wiederholt, weil ich es immer nicht merken konnte. Partielle Ableitung nach der Zeit von Psi, von X von T. Wenn jetzt jemand meine Gedanken liest, der wird sagen, was geht mit der ab?
Jana Ja, aber da bist du in bester Gesellschaft. Einstein ist auch spazieren gegangen, wenn er sich über Sachen Gedanken gemacht hat.
Evi Ich habe es nur dann gemerkt. Aber ja, gut. Also wir haben das Jahr der Quantenforschung, Deutsche Physikalische Gesellschaft, auch in Österreich, FEF, gibt es immer auch wieder Veranstaltungen. Es war jetzt auch eine Auftaktveranstaltung an der Johannes-Kepler-Uni in Linz. Die haben sogar den Physik-Nobelpreisträger Anton Zeilinger jetzt zu Gast gehabt bei einem Vortrag. Also vielleicht auch mal so bei den Unis schauen, ob es Veranstaltungen, Vorträge, alles Mögliche gibt.
Evi Und ich habe auch gesehen, es gibt jetzt einen Film, der aktuell im Kino läuft. Also ich hoffe, dass er noch läuft. Es ist ein Dokumentarfilm, der heißt Tracing Lights, das Phänomen Licht. Und die bringen das auch mit Kunst in Verbindung. Licht ist auch so ein Thema. Das klingt total langweilig, oder?
Jana Ja, aber das ist überhaupt nicht langweilig. Beim ZDF haben wir was zu, warum ist Lichtgeschwindigkeit eigentlich endlich? Also wie kam man da drauf, dass das endlich ist? Und das klingt total blöd, aber das ist total spannend. Das ist ein richtig cooles Thema eigentlich.
Evi Ich werde den Trailer auf jeden Fall auch in die Shownotes packen, also den Link zu dem Trailer. Ich finde es ganz interessant. Also wenn ihr die Möglichkeit habt, schaut ihn euch an und sagt mir dann, wie er ist. Ja, Quantenmechanik brauchen wir natürlich auch, um dein Thema zu verstehen. Wobei ich glaube, bei dir wird es halt nicht so quantenmechanisch, oder?
Jana Ja, ich versuche es ein bisschen zu umgehen, weil es ist natürlich bei dem Thema, da merkt man, wie sie an ihre Grenzen kommt. Noch nicht alles ganz so geklärt.
Evi Ja, das fehlt uns ja und das wäre ja die Quantengravitation eigentlich. Also das bedeutet dann wirklich diese beiden Theorien, die Relativitätstheorie und die Quantentheorie irgendwie verbindest. Aber da haben sich ja schon mehrere die Zähne ausgebissen. Aber das würde uns helfen, dein Thema nämlich schwarze Löcher besser zu verstehen.
Jana So ist es. Perfekte Überleitung dazu. Ja, also es ist natürlich, wenn man sich über Quantengravitation Gedanken macht, dann kommt man eben also, warum wird das relevant? Weil halt schwarze Löcher existieren. Und das ist eh so eine Sache, die ich irgendwie allgemein interessant finde, dass man sich über Quantengravitationen Gedanken macht, Aus Einsteins Relativitätstheorie damals dann mit Karl Schwarzschild diese Lösung rauskam, wo man sagte, theoretisch kann man sich ein Objekt denken, was dann also so massive Gravitationen auf so ganz kleiner Skala hat.
Jana Aber das war ja lange Zeit, da hat man gesagt, ja, das ist so ein mathematisches Relikt, das kommt da raus. Und dann hat man schwarze Löcher gefunden und war auf einmal so, oh nein, die existieren tatsächlich wirklich. Und jetzt müssen wir sie eigentlich grundlegend erklären. Und daran scheitern wir ja bis heute so ein bisschen.
Jana Also grundsätzlich kann man schwarze Löcher schon ganz gut verstehen. Nur die Sache mit, was ist denn dann wirklich drinnen und Singularität oder nicht.
Evi Die Sache mit der Singularität, was passiert da?
Jana Trauenvolle Fragen, die irgendwie keine Antwort haben momentan. Und dann natürlich auch, dass dieses schwarze Loch so wahrscheinlich gar nicht existiert, diese statischen schwarzen Löcher, sondern da musste dann Roy Kerr kommen, der dann furchtbar kompliziert berechnet hat. Also nicht, weil er so kompliziert war, sondern weil es nicht einfacher geht, was passiert, wenn die Dinger sich drehen. Und die Dinger drehen sich wahrscheinlich immer.
Jana Also sind natürlich die großen, die schweren Jungs irgendwie aus der Astronomie sind die schwarzen Löcher, die uns jetzt irgendwie schon seit einigen Jahrzehnten begleiten. Wir wissen, sie sind da, aber so ganz fundamental abschließend kann man sie nicht erklären. Vor allem ja auch, weil sie ja so furchtbar anstrengend sind zu beobachten, weil die Dinge, die einmal drin sind, nicht mehr rauskommen.
Evi Da machen sie uns keinen Gefallen.
Jana Da machen sie uns keinen Gefallen. Aber ich will heute gar nicht so sehr über die ungelösten Fragen sprechen, sondern über erstmal etwas, was viel einfacher daherkommt. Und zwar, ich hatte ja meine kleine Kollisionsreihe jetzt die letzten Male fortgeführt. Wir haben über Sterne gesprochen, über Galaxien, die kollidieren und da fehlen natürlich eigentlich noch die schwarzen Löcher, die kollidieren.
Jana Und ich sage es gleich vorneweg, weil kollidierende schwarze Löcher, da müssten bei den meisten wahrscheinlich, die sich irgendwie mit Wissenschaftsneuigkeiten beschäftigen, gehen da bestimmt gleich die Alarmglocken an. Und das ist ja das Gravitationswellenthema eigentlich. Aber ich werde natürlich ab und zu mal über Gravitationswellen sprechen, aber sie nicht abschließend jetzt erklären, weil das ist eigentlich ein ganz eigenes Thema, verdient seine eigene Folge.
Jana Wenn man darüber spricht, es ist ja nicht mehr so viel passiert in der Physik seit der Quantenmechanik, finde ich Gravitationswellen einen der größten. Zumindest beobachteten Durchbrüche, dass das passiert ist, dass wir die gefunden haben.
Evi Na gut, das heißt, das kommt auf die Liste der Themen, die wir noch besprechen werden.
Jana Auf jeden Fall, sollten wir auf jeden Fall mal eine eigene Folge widmen, weil das ist nicht ganz so trivial, die zu erklären. Und ja, alles, was man dazu sagen kann, dass mal wieder Einsteins Theorien sich in der Natur wiederfinden, auch eben bei dem Thema. Aber schwarze Löcher, die kollidieren. Da braucht man ja erst mal zwei schwarze Löcher, die irgendwie in der Nähe voneinander sind.
Jana Und es sind eben diese schwarze Loch Binärsysteme, die gibt es tatsächlich auch. Die hat man inzwischen auch beobachtet. Das ganze Problem, und das zieht sich jetzt auch hier durch das, was ich erzähle, durch. Schwarze Löcher sind so fies, weil die halt so schlecht zu beobachten sind. Also wenn da halt nichts um die rum ist, schwarze Löcher, die keine Aggressionsscheibe haben, wo kein Gas in der Nähe ist, dann senden die halt auch keine elektromagnetischen Signale aus.
Jana Das ist anders als bei Neutronensternen. Jede andere Form von Objekten, diese total kompakten, abgefahrenen Objekte, eben sowas wie Neutronensternen oder Magnetare oder sonst was, die sind zumindest in irgendeiner Form für uns auf dem elektromagnetischen Spektrum sichtbar. Und schwarze Löcher, die nicht mit normaler Materie interagieren, sind das nicht.
Jana Und deswegen ist es ganz, ganz schwierig, die zu beobachten und auch die Kollisionen gescheit zu beobachten. Und da komme ich auch gleich noch drauf. Ja, also man muss sich also überlegen, erstmal theoretisch, wie kann man zwei schwarze Löcher in die Nähe zueinander bringen. Das eine ist natürlich, entweder hast du ein Doppelsternsystem oder ein Mehrfachsystem.
Jana Da sind zwei Sterne dabei, die eben sehr, sehr massereich sind, die beide tatsächlich zu schwarzen Löchern werden. Das ist jetzt nicht so furchtbar wahrscheinlich. Du brauchst zwei Riesensterne, die... In einem Doppelsternsystem sind und dann auch noch den gegenseitigen Tod überleben. Also gibt es schon, aber ist natürlich unwahrscheinlich.
Jana Es gibt aber auch die Möglichkeit zum Beispiel in Kugelsternhaufen, da hatte ich ja auch schon mal drüber gesprochen bei der Sternkollision-Folge, da sind die Sterne so wahnsinnig nah, dass die sich einfach einfangen gegenseitig. Also dass man irgendwo ein schwarzes Loch hat und durch diese irre dichtgepackten Sterne, dass sie ein anderes schwarzes Loch einfangen oder einen anderen massereichen Stern einfangen, der dann zum schwarzen Loch wird. Also das sind diese dynamischen Prozesse.
Jana Neutronensterne zum Beispiel, die können auch kollidieren und dann später zum Schwarzen Loch werden. Und so kann man eben mehrere Schwarze Löcher in einem System irgendwie sich herzaubern.
Evi Spoiler ich jetzt, wenn ich dich frage, weiß man von zwei Schwarzen Löchern, die da irgendwie so nah sind oder soll ich meine Frage zurückziehen?
Jana Nee, nee, das gibt es tatsächlich. Genau. Sehr gute Frage. Komme ich auch gleich drauf. Und vor allem bei den stellaren schwarzen Löchern, die sich so nahe sind, das ist eben schwierig, die zu beobachten, weil die erstmal nichts tun, was in irgendeiner Form wirklich Strahlung absendet. Wenn da kein Gas drumrum ist oder so, sieht man die nicht. Aber wir wissen es von supermassereichen schwarzen Löchern, dass es da so Binärsysteme gibt und die kommen zumindest im lokalen Universum eigentlich nur durch die Galaxienkollisionen zustande.
Jana Das hatte ich ja auch in der vergangenen Folge darüber gesprochen. Die großen Galaxien haben grundsätzlich meistens ein supermassereiches schwarzes Loch im Zentrum. Und wenn die sich nahe kommen, dann entsteht eben auch so ein Supermassive Black Hole Binary System, was ein schöner Name ist. Und da haben wir tatsächlich Beispiele dafür.
Jana Also zum Beispiel wirklich Seen mit den eigenen Augen an Hubble-Aufnahmen kann man das zum Beispiel bei der Seestern-Galaxie NGC 6240. Wenn man sich da die Bilder anguckt, das ist natürlich gibt es noch andere Beweise dafür, dass das zwei schwarze Löcher sind, die sich da umkreisen. Aber man sieht einfach, da sind zwei separate Kerne dieser Galaxie, die noch nicht miteinander verschmolzen sind.
Jana Und da sitzen eben diese zwei riesigen schwarzen Löcher drin, die umeinander kreisen. Wir kennen aber auch Galaxien, wo diese Verschmelzung fast fertig ist. Da sieht man das ja gar nicht mehr, wenn man diese Galaxien irgendwie abbildet. In einem elektromagnetischen Spektrum siehst du gar nicht mehr, dass das einzelne Kerne sind.
Jana Aber man kann es am Spektrum, also am Emissions- und Absorptionsspektrum. Die Galaxie feststellen. Und zwar sieht man da eben im Kern der Galaxie dann eine doppelte Emissionsspitze. Also dass es da zwei separate Objekte gibt, die Emissionen produzieren. Und das sind eben diese zwei schwarzen Löcher, die da unterwegs sind.
Jana Und teilweise kann man es auch sehen, wenn die anfangen, aktiv zu werden. Also da gibt es zum Beispiel so Kuriositäten wie OJ287. Das ist vier Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernte aktiver Galaxiekern. Das Ding wird seit 1891 schon beobachtet, weil es so hell ist. Und das bricht eben in regelmäßigen Abständen aus.
Jana Und das kann man eben beobachten. Und man geht davon aus, dass es sich tatsächlich hier um einen Supermassive Black Hole Binary handelt. Und diese Heiligkeitsausbrüche liegen bei so einer Billion, also wirklich der deutschen Billion Sonnenhelligkeiten. Das ist mehr als der gesamte Output der Milchstraße.
Jana Also ein richtig heftiges Leuchtmaximum, was da passiert. Und zwar alle elf bis zwölf Jahre passiert es. Und man geht eben davon aus, es kommt daher, dass zwei schwarze Löcher sich umkreisen, alle zwölf Jahre eben einmal so eine Umkreisung fertig machen, Exzentrizität von 0,65 haben. Und dabei scheint es so zu sein, dass man diesen Ausbruch tatsächlich sehen kann.
Jana Das liegt daran, dass das kleinere schwarze Loch immer wieder durch die Aggressionsscheibe von dem größeren schwarzen Loch durchschlägt. Und dabei wird dann eben enorme Strahlung frei, Reibung und so weiter, also thermische Strahlung, aber auch gibt es dann Ausbrüche im Röntgen- und hochfrequenten Bereich.
Jana Und immer wenn dieses kleine schwarze Loch durch diese Aggressionsscheibe durchgeht, kommt es eben zu diesem gewaltigen Ausbruch. Das liegt aber eben daran, dass da eben was anderes drumherum ist, also dass es da eine Gas-Aggressionsscheibe gibt. An den nächsten 10.000 Jahren dürfte das auch vorbei sein, dann sind die beiden wahrscheinlich auch vollständig miteinander verschmolzen.
Evi Okay, Wahnsinn, voll spannend. Ich finde es immer so spannend, dass eben, wenn da nicht diese Aggressionsscheiben da wären, dass wir dann halt da gar nichts mitbekommen würden.
Jana Also ich sehe es natürlich bei den Supermassereichen leichter, weil die meistens, also weil die leichter so eine Aggressionsscheibe haben können. Wenn du irgendwo in einem Hinterhof der Galaxie ein stellareschwarzes Loch hast, dann ist da halt nichts. Dann ist da halt keine Materie und dann siehst du halt auch leider gar nichts.
Evi Sehr schwierig, ja.
Jana So, und bevor wir uns jetzt genauer anschauen, was lokal passiert, wenn sich solche Giganten nahe kommen, haben wir auch nochmal ganz kurz einen Werbespot für euch.
Evi Ach, was für ein Gefänger. Also dann verrat uns jetzt, wie es weitergeht.
Jana Also, was passiert denn, wenn sich diese Dinger nahe kommen? Und selbst wenn man jetzt nicht direkt auf Gravitationswellen eingeht, ist das alles gar nicht so einfach. Schwarze Löcher tendieren einfach dazu, uns vor Rätsel zu stellen. Man muss ein bisschen unterscheiden zwischen dem Supermassive Black Hole Merger und dem Stellaren Black Hole Merger.
Jana Wir fangen mal mit den Supermassereichen an, weil die leichter zu beobachten sind generell, wenn man sieht, die haben halt meistens ein bisschen was um sich rum. Man muss auch vorweg sagen, diese Verschmelzungen, die dauern Millionen bis Milliarden Jahren. Also das ist kein Vorgang, der da plötzlich passiert. Deswegen können wir da auch teilweise zuschauen, eben jetzt sowas wie bei diesem aktiven Galaxiekern.
Jana Und die Phase 1, das ist die längste Phase, das ist diese Annäherung. Also da haben wir erstmal zwei Galaxien, die kollidieren und verschmelzen. Ich habe ja schon erzählt bei der Galaxien-Kollisionsfolge, das ist sehr, sehr unwahrscheinlich, dass sich da zwei Objekte, egal ob Sterne oder die schwarzen Löcher, direkt treffen.
Jana Also die sausen so aneinander vorbei, aber da gibt es natürlich wahnsinnig viel dynamische Reibung. Und das bedeutet, dass diese großen Massen dann auch ins Zentrum dieser fusionierten Galaxie gemeinsam reinsinken erst einmal. Und das dauert eben wirklich Millionen, Milliarden Jahre, bis die sich ein bisschen näher kommen. und der Abstand sich dann irgendwann auf einige hundert bis tausend Parsec verringert.
Jana Also die sind dann immer noch recht weit voneinander entfernt. Deswegen kann man eben bei sowas wie dieser Starfish-Galaxie diese beiden separaten Kerne wirklich noch erkennen. Dann haben wir irgendwann eine Annäherung, die geht dann irgendwann runter bis auf so ungefähr zehn Parsec. Die schwarzen Löcher bilden dann ein gravitativ gebundenes Paar, also die können dann auch wirklich zusammen.
Jana Und jetzt kommt das Problem, denn in dieser zweiten Phase werden eigentlich sämtliche Sterne oder Gas, was zwischen den beiden noch vorhanden ist, hinausgeworfen durch die Streuung und durch diese Kräfte, die da am Werk sind. Das heißt, zwischen den beiden wird es dann sehr, sehr leer. Und die fangen dann so langsam an, einen Entenschnabel, also das habe ich in den Papern wirklich als Duckbill, also das würde ich mal mit Entenschnabel übersetzen, auszubilden.
Jana Und ich kann mir das eigentlich auch ganz gut vorstellen, wenn die anfangen, sich eben so nahe zu kommen, an den Seiten, wo die sich direkt gegenüberstehen, bilden sich dann wirklich diese Unförmigkeiten aus, dass die sich halt anfangen, wirklich aneinander anzuziehen. Und das schaut dann wohl, oder stellt man sich so vor, dass das ausschaut wie so zwei Entenschnäbel, die sich da so gegenüberstehen.
Jana Das ist eben so diese letzte Phase eigentlich, wo sie sich immer weiter bis so auf ein Parsec runter nahe kommen durch eben tatsächlich noch den Verlust, den sie an Reibung verlieren durch Gas oder Sterne, die in der Nähe sind. Denn dann, wenn sie sich auf ein Parsec angenähert haben, ist eigentlich Schluss mit der Annäherung.
Jana Eigentlich dürften diese super massereichen schwarzen Löcher gar nicht kollidieren, denn sobald die auf einem Parsec Entfernung zueinander angekommen sind, nimmt diese dynamische Reibung komplett ab. Also ich habe ja gesagt, in der Phase davor wird das ganze Gas rausgeschmissen. Es gibt dann auch keine Sterne mehr irgendwo in der Gegend, die sind dann auch alle weiter weggerückt und es gibt einfach nichts, woran die beiden sich noch reiben könnten, um weiter ihren Drehimpuls zu verlieren.
Evi Ah, okay, spannend.
Jana Genau und wenn man jetzt auf Gravitationswellen, jetzt muss ich sie einmal kurz erwähnen, einfach nur um zu erklären, warum auch die Gravitationswellen da nicht unbedingt weiterhelfen, weil bei diesen großen schwarzen Löchern werden die halt erst ab einem viel kleineren Abstand dominant. Bei Gravitationswellen ist grundsätzlich einfach nur wichtig zu wissen, durch diese Gravitationswellen, die da abgegeben werden, verlieren die Massen eben auch Energie, sprich Drehimpuls.
Jana Das heißt, eigentlich könnte man sich erklären, naja, diese Gravitationswellen, das passiert da eben und dadurch verlieren die weiter Energie und kommen sich immer näher. Aber das ist eben bei diesen großen schwarzen Löchern erst bei viel kleineren Abständen werden diese Gravitationswellen wirklich wichtig oder dominant.
Jana Das heißt, die reichen nicht aus, um da weiter die schwarzen Löcher zusammenzuführen.
Evi Okay, das heißt, ich habe dann eigentlich so ein bisschen einen Gap, oder? Weil die eine Dynamik nimmt ab und der andere greift aber noch nicht.
Jana Noch nicht, genau. Also das ist dieses Final Parsec Problem, nennt man das. Die beiden schwarzen Löcher müssten dann eigentlich in stabilem Orbit verharren. Das kann aber nicht sein. Wir wissen, dass die kollidieren. Also wir haben die Gravitationswellensignale. Wie gesagt, es ist gar nicht so einfach hier die Gravitationswellen außen vor zu lassen, aber wir haben, so viel kann man vielleicht schon verraten, Gravitationswellen inzwischen gemessen und die zeigen auch, es gibt diese finale Kollision, die passiert auch.
Jana Man kann sich auch anders nicht diese total absurd hohen Massen gewisser supermassereicher schwarzer Löcher überhaupt erklären. Also es gibt ja sowas wie dieses Ding, wie heißt das, Tonnen... Irgendwas, irgendeine Zahl ist dahinter, T-O-N, und dann kommt da irgendeine Zahl. Also es ist ein riesig, völlig abartig, gigantisches schwarzes Loch.
Jana Und das muss in irgendeiner Form früher mal mit anderen schwarzen Löchern kollidiert sein, sonst kann man sich diese Massen eigentlich nicht erklären.
Evi Also die Entstehung, dass das überhaupt so groß sein kann.
Jana Genau, genau, dass das überhaupt so groß sein kann. Das muss durch Kollisionen kommen. Das kann nicht einfach nur durch akkretiertes Gas kommen. Das heißt, man steht wirklich vor diesem Final-Parsec-Problem momentan so ein bisschen ratlos, weil man kann sich, also es gibt Lösungsansätze, dass man sagt, da gibt es vielleicht zufällig vorbeiziehende Sterne, die dann nochmal Energie vom schwarzen Loch abnehmen und die dann weiter zusammenbringen.
Jana Vielleicht ist irgendwie dunkle Materie. Aber das Problem ist ja, wir wissen ja eigentlich, dass dunkle Materie mit nichts wirklich interagiert. Das heißt, vielleicht durch die Masse noch. Aber wie viel dann da wirklich vorhanden ist, ist auch die Frage. Vielleicht ist dann doch noch irgendwie Gas vorhanden. Das ist natürlich immer so eine schöne Ausrede. Ja, da gibt es dann doch noch irgendwie Gas, was da noch da ist.
Jana Aber eigentlich haben wir das auch schon wegerklärt, dass das eigentlich nicht mehr da sein dürfte. Und ganz toll finde ich auch die Erklärung, ja, da kommt dann einfach ein drittes schwarzes Loch vorbei, destabilisiert das System und dann verschmilzen die doch. Ja, also finde ich alles so ein bisschen noch nicht ganz überzeugend, muss ich sagen.
Evi Bei uns würde man sagen, das hartscht alles ein bisschen. Kennst du den auch?
Jana Ja, das hartscht alles ein bisschen. Ja, auf jeden Fall. Total. Also es gibt dann noch so diese Vorstellung, dass es halt wirklich wahrscheinlich, denke ich mal, wenn ich überlege, wie andere Probleme in der Hinsicht gelöst werden, das ist ja ein ganz mechanisches Problem erstmal, dass es halt kleine Ungleichgewichte geben könnte.
Jana Also minimale Störungen durch weiß ich nicht was. Es ist ja nie alles in perfekter Balance, die dann eben dazu führen, dass es doch diesen Kipppunkt gibt, wo die beiden sich dann näher kommen. Aber hatte ich, bevor ich jetzt diese Recherche gemacht habe, noch nie davon gehört, dass gerade diese großen schwarzen Löcher, bei den kleineren ist das einfacher, da komme ich gleich dazu, eigentlich gar nicht kollidieren dürften, weil das mechanisch nicht möglich sein sollte ab einem gewissen Abstand.
Evi Ja, das wusste ich auch nicht.
Jana Also das Final-Parsec-Problem muss noch gelöst werden. Aber dann, wenn man da so drüber hinweg ist, dann kommt die Gravitationswellen-Dominanz bei so einem Milliparsec-Abstand untereinander. Da strahlen dann durch die Gravitationswellen, wird so viel Energie abgestrahlt, dass die beiden wirklich dann inspiralieren.
Jana Ich kann das überhaupt nicht aussprechen. Inspiralieren. Das gibt es anscheinend auf deutsches Wort. Spiral inwards gibt es halt auf Englisch, aber gut.
Evi Ich überlege gerade, ob man das irgendwie anders nennen kann, weil das klingt ja schon in Spiralen irgendwie.
Jana In Spiralen, rein Spiralisieren.
Evi Spiralisieren ist doch eigentlich nur Drehen, oder?
Jana Ja, ich kenne das so aus diesen Zucchini-Spiralen. Nudeln macht, ja. Das ist glaube ich nicht das Richtige, was man sich da drunter vorstellen darf. Also im Prinzip, die umkreisen sich halt immer schneller und kommen sich dabei näher. So kann man sich es vielleicht noch besser vorstellen. Und die erreichen dann dabei wirklich relativistische Geschwindigkeiten.
Jana Einfach, weil diese Gravitation so heftig wird. Und dann Phase 5 sozusagen ist dann die finale Kollision. Und das ist etwas, was für meinen Kopf zumindest, ich weiß nicht, wie es dir da geht, schwarze Löcher sind eh schon so komisch. Und dann sich vorzustellen, dass die irgendwie miteinander verschmelzen und es passiert gar nichts.
Jana Es gibt kein wirkliches, also wenn da keine Gasscheibe und nichts drumherum rum ist, gibt es kein elektromagnetisches Gegenstück zu einem schwarzen Loch-Merger. Also bei Neutronensternen, da haben wir ja diese Kilo Nova, ein riesen Explosionsding und schwarze Löcher kollidieren und es macht einfach blub.
Jana Und das war's.
Evi Du meinst, das macht blub?
Jana Ja, ganz genau. So ist es.
Evi Es ist halt schon schräg, weil ich meine, wir haben ja gerade vorhin am Anfang gesprochen, dass du ja die Singularität hast. Das heißt, das ist ja etwas, wo wir ja nicht wissen eigentlich, was da genau ist oder nicht ist, wie das da funktioniert. Das heißt, du hast jetzt dann eine Singularität plus noch eine, also zweimal.
Jana Noch eine, zwei.
Evi Was ist da, was passiert da?
Jana Was ist zweimal unendlich? Was soll das sein? Ganz, ganz komisch. Also es gibt natürlich Ideen wieder, dass man sagt, ja, also wenn dann doch Gas da ist, dann wird es natürlich bei diesem finalen Zusammenstoß massiv erhitzt und beschleunigt. Also man kann sich dann vorstellen, dass es eben Röntgen- oder UV-Ausbrüche gibt, je nachdem, ob es da halt irgendwie doch nochmal eine Aggressionsscheibe an der Stelle gibt.
Jana Aber eigentlich dürfte es das nicht geben, weil die beiden das ja völlig rausgeworfen haben bei ihrer Annäherung. Interessant fand ich jetzt, es gibt bei dem Gravitationswellenereignis 190521, da hat man in der groben Gegend, also das ist ja bei diesen Gravitationswellenereignissen nicht so leicht, das zu pinpointen, wo das wirklich herkommt, das Signal.
Jana Kann man natürlich in der Folge, wo wir dann über Gravitationswellen sprechen, genauer darüber sprechen, warum das so schwierig ist. Aber da hat man bei diesem Ereignis einen Signal, Ja, Ausbruch, einen Flash gesehen, einen Flare gesehen, der eventuell mit diesem Merger zusammenhängen könnte im elektromagnetischen Spektrum.
Jana Aber da sagen sie halt auch, das Einzige, wie das passieren könnte, also wie das tatsächlich im Zusammenhang stehen könnte, ist, wenn dieses neu entstandene schwarze Loch, was durch die Verschmelzung entstanden ist, in die Akkretionsscheibe eines benachbarnden schwarzen Lochs gekickt worden wäre und dabei diesen Flare ausgelöst hat.
Jana Also das ist wirklich, wenn die miteinander verschmelzen, die schwarzen Löcher selber, außer den Gravitationswellen, machen die gar nichts. Und das finde ich gruselig.
Evi Ich meine, weil es müsste ja dann, wenn es ja was macht, dann müsste ja irgendwas den Ereignishorizont wieder verlassen.
Jana Ja, verlassen.
Evi Und das geht ja auch nicht.
Jana Das passiert einfach nicht.
Evi Genau, das darf ja auch nicht. Eigentlich wäre es dann fast gruseliger, wenn da wieder was rauskommt. Ja, genau. Also das wäre dann fast noch unheimlicher.
Jana Das stimmt, ja. Also genauso wie sie alles andere aufsaugen, können sie sich auch gegenseitig aufsaugen. Es gibt da noch den Ringdown. Das ist sozusagen innerhalb wirklich minimalen Sekundenbruchteilen nach der Verschmelzung. Da ist das Ding dann wirklich nur noch ein einziges Objekt. Ist aber noch stark verformt und aufgebracht und das muss sich halt erst einmal beruhigen.
Jana Und dann vibriert es wie so eine Glocke so ein bisschen. Also das sieht man dann auch in den Gravitationswellensignalen.
Evi Wer wäre nicht aufgebracht und müsste sich erst beruhigen?
Jana Das muss sich erst beruhigen. Jetzt beruhigst du dich erst mal, wenn du hier verschmolzen bist. Diesen Ringdown kann man in den Gravitationsweihensignalen dann am Schluss nochmal sehen. Den kennt man auch so ein bisschen aus diesen Animationen, dass die Dinger dann verschmelzen und dann macht das so.
Jana Da sieht man so richtig diese Vibration. Und dann ist eigentlich Schluss. Dann hat man also ein größeres schwarzes Loch. Dann sind auch sämtliche Eigenschaften des einen in dem anderen komplett aufgegangen. Schwarze Löcher sind hier generell recht einfach zu beschreiben mit nur ein paar Parametern. Innerhalb von eben Millionen, Milliarden Jahren hat man dann ein noch größeres, supermassereiches schwarzes Loch.
Jana Solange dieses Final-Parsec-Problem überwunden werden kann, ist das eben eigentlich eine sehr gute Erklärung dafür, warum wir solche im lokalen Universum, vor allem warum wir so gigantisch riesige schwarze Löcher haben können. Das sind eben diese Überbleibsel-Galaxien-Kollisionen und dann eben diese Kernkollisionen, die da passieren.
Evi Wow, voll spannend.
Jana So, und wie das bei den stellaren schwarzen Löchern ist, das ist natürlich auch spannend. Die sind eigentlich viel leichter. Die können nämlich viel schneller ineinander fallen. Also das dauert nicht ganz so lang und die haben eben nicht dieses Final-Pas-Tec-Problem, weil da die Gravitationswellen einfach früher greifen.
Jana Also da hat man nicht diese Lücke, wo der Energieverlust durch Reibung nicht mehr funktioniert, aber die Gravitationswellen noch nicht greifen. Die fallen einfach konstant sozusagen aufeinander zu. Bei so 1000 Kilometer Abstand dominieren dann die Gravitationswellen Und vorher können die sich eben durch Gezeitenkräfte oder dynamische Wechselwirkungen mit irgendwelchen anderen umgebenden Objekten immer weiter annähern.
Jana Und im Prinzip funktioniert es dann wie bei den Großen auch. Die kollidieren, verschmelzen und es kann durch irgendwelche benachbarnden Gase oder Sterne zu irgendwelchen Ausbrüchen kommen. Aber wenn da nichts ist, wenn da keine Gase, wenn da keine benachbarnden Sterne sind, dann gibt es auch keinen elektromagnetischen Counterpart.
Jana Die beiden verschmelzen dann einfach miteinander. Das dauert dann nur tausende bis Millionen Jahre. Also das dauert weniger lang als bei den Großen. Man hofft inzwischen so ein bisschen mit neuen Teleskopen und Missionen, also zum Beispiel Leiser ist ja so ein ganz riesengroßes Ding jetzt bei den Gravitationswellen, die dann eventuell sogar schon Vorhersagen machen kann, also die Gravitationswellen so früh schon messen kann, dass sie sagt, in ungefähr einem Monat oder so werden diese zwei schwarzen Löcher ungefähr in der Gegend miteinander kollidieren.
Jana Und dann kann man also alle Teleskope auf der Welt auf diese Gegend ausrichten und gucken, ob es da vielleicht doch irgendein elektromagnetisches Signal dann geben wird. Das ist ziemlich cool.
Evi Wie geil ist das denn?
Jana Das ist wirklich sehr, sehr abgefahren. Das muss auf jeden Fall in der Gravitationswellen-Folge dann nochmal genauer besprochen werden. Aber Leiser bin ich total gespannt drauf. Also das wird echt nochmal viel nach vorne werfen. Also damit wäre man eigentlich dann auch schon bei der Kollision angekommen.
Jana Die haben dann natürlich auch so einen Ringdown, aber es ist alles halt viel leichter und weniger schwierig. Es ist natürlich so, man geht davon aus, dass stellare schwarze Löcher deutlich häufiger kollidieren als jetzt diese riesen schwarzen Löcher. Nur die sind halt von ihren Signalstärken der Gravitationswellen viel schwächer. Das heißt, das, Sieht man halt nicht so gut.
Evi Aber den Prozess prinzipiell hat man da eigentlich besser verstanden dann, oder?
Jana Viel besser, weil die einfach nicht diesen Gap haben. Also weil da einfach nicht dieses Problem entsteht, dass die Gravitationswelle noch nicht greifen, wenn die eigentlich schon sämtliche Materie aus ihrer Gegend rausgeworfen haben. Zum Schluss eben diese Frage, die ich noch immer ganz interessant fand, wenn jetzt diese schwarzen Löcher kollidieren, was entsteht denn dann Neues?
Jana Also einerseits ja, diese massiv riesigen schwarzen Löcher, die sind natürlich wichtig, weil wir die auch beobachten im lokalen Universum. Aber wir beobachten noch etwas anderes und zwar die Intermediate Mass Black Holes. Das sind so schwarze Löcher, die haben so hunderte bis vielleicht ein paar tausend Sonnenmassen.
Jana Die sind zu schwer für stellare schwarze Löcher, aber bei weitem nicht schwer genug für die Supermasse reichen. Und das gibt es so viele von denen, dass ein bisschen die Frage ist, kann das sein, dass stellare schwarze Löcher so oft kollidieren, dass man ständig diese Intermediate Black Holes finden kann?
Jana Oder haben die vielleicht noch ein bisschen einen anderen Entstehungsprozess? Also da gibt es zum Beispiel die Theorie, dass solche mittelmäßig schweren schwarzen Löcher vielleicht auch aus diesen Kugelsternhaufen kommen, wo einfach immer mehr, also wo die wirklich ganze Sterne fressen, einfach weil das alles so nah an denen dran ist. Weil das sind eigentlich zu viele.
Jana In der Umgebung, die wir bisher untersuchen konnten, findet man recht viele von diesen komisch mittelmäßig schweren schwarzen Löchern.
Evi Das heißt, zu viele, die zu schwer sind.
Jana Genau, aber nicht schwer genug, um in irgendeiner Form zu sagen, aha, das ist ein super massereiches schwarzes Loch. Ganz wilde Theorie an der Stelle finde ich auch. Es gibt Leute, die sagen, ja, diese mittelmäßig schweren schwarzen Löcher, das sind die primordialen schwarzen Löcher. Also das sind die, die gleich mit dem Urknall entstanden sind aus dieser Überdichte, die da am Anfang war.
Jana Ist aber sehr umstritten, weil primordiale schwarze Löcher ist halt bis heute nicht ganz bewiesen, beziehungsweise glaube ich auch schwer beweisbar, ob das wirklich so ist. Und eine für mich Totschlagargument ist, dass man sagt, naja klar kann ich mir vorstellen, das Universum war früher sehr dicht und da könnten Regionen direkt kollabiert sein.
Jana Nur wenn alles gleich dicht ist, dann hast du ja keine Richtung, in die du kollabieren kannst. Also warum sollten dann so, also weißt du, was ich meine, wenn du so einen Kasten hast, wo sehr hohe Dichte drin ist, aber es ist überall gleichmäßig dicht, ich habe keinen Unterschied. Dann kann das ja nicht, in welche Richtung soll es denn dann kollabieren?
Jana Also da gibt es ja überhaupt keinen Grund dafür. Wird man vielleicht sehen, ob sich da mit den primordialen schwarzen Löchern noch irgendwas tut? Ich weiß nicht, glaubst du an primordiale schwarze Löcher oder bist du da skeptisch?
Evi Man sollte generell da nichts glauben. Nein, sie sind ja rein theoretische Konstrukte. Also ja, ich weiß nicht, ich kann mir das nicht vorstellen, dass man das irgendwie, also wie du das so zurückverfolgen kannst. Also ja, ich finde es halt wirklich sehr theoretisch und fast ein bisschen zu theoretisch.
Jana Ja, aber man kann sich viel vorstellen.
Evi Ja, es wirkt fast ein wenig konstruiert für mich.
Jana Ich meine, man kann natürlich sagen, wir haben diese komischen, mittelmäßig schweren schwarzen Löcher. Und tatsächlich ein anderes Argument ist auch noch, die supermassereichen schwarzen Löcher, sagt man ja, okay, die sind jetzt entstanden durch diese Kollisionen von Galaxien. Aber es gibt sehr, sehr frühe, sehr, sehr schwere schwarze Löcher.
Jana Also einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall. Und da ist natürlich auch die Frage, wie konnten die so früh schon so groß sein? Also da müsste ja alles ständig kollidiert sein. Da gibt es eine Theorie, die ich irgendwie ganz naheliegend finde, dass sie sagen, im frühen Universum hast du diese enorm metallarmen, riesigen Wasserstoffwolken.
Jana Und da gibt es tatsächlich Simulationen, die zeigen, unter bestimmten Umständen kollidieren die direkt zum schwarzen Loch in dieser Frühzeit. Also dass da gar nicht der Umweg um einen Stern genommen wird, sondern dass da einfach gigantische Molekülwolken direkt zum schwarzen Loch werden. Und so man eben diese sehr, sehr frühen, sehr, sehr großen schwarzen Löcher erklären kann.
Jana Die andere Theorie sagt natürlich, naja, du hast ein Clustering von kleinen primordialen schwarzen Löchern, die dann sozusagen alles andere ansaugen und sehr, sehr schnell dann diese großen schwarzen Löcher im frühen Universum machen. Aber wie du sagst, es wirkt ein bisschen konstruiert, da stimme ich dir auch zu.
Jana Nur weil man sich die Frage stellt, wo kommt das her, eine ganze Klasse von Objekten zu entwerfen, wo man noch nicht mal richtig erklären kann, wie die eigentlich entstanden sein sollen, weiß ich nicht genau.
Evi Ja eben, für mich ist das halt so spekulativ, deswegen weiß ich da nicht zurecht.
Jana Wenn man da irgendwas Neues dazu findet, ich glaube man sollte diese Sachen nicht, Ideen sind immer gute Ideen erstmal, das finde ich auch das Schöne in der Physik, du darfst ja Ideen haben.
Evi Natürlich, genau.
Jana Es muss ja nicht gleich die absolute Realität sein, aber die Idee ist natürlich schon interessant, dass man sagt, na vielleicht gibt es das schon ganz früh und dann kann man die sich natürlich sehr schön hernehmen als alles mögliche. Also bis das geklärt ist, müssen wir davon ausgehen, dass schwarze Löcher, wissen wir zumindest auf jeden Fall, dass sie kollidieren.
Jana Vielleicht kann man dieses Final-Parsec-Problem irgendwann mal lösen. Und spannend finde ich vor allem diese mittelmäßig schweren schwarzen Löcher, wo die herkommen, ob das wirklich eben dann so häufiger ist, als wir denken. Diese stellaren schwarzen Lochkollisionen oder ob es dann doch irgendwie was damit zu tun hat, dass da in Kugelsternhaufen irgendwas passiert.
Jana Oder vielleicht, das ist natürlich auch immer die Möglichkeit, schätzen wir die Massen von gewissen schwarzen Löchern falsch ein. Das kann natürlich auch sein, dass die gar nicht so häufig sind. Wir nur glauben, dass die so häufig sind.
Evi Ich glaube, dass die Wahrheit irgendwo darlegt in dem, was du gerade sagst. Also bevor ich da eher so mit primordialen schwarzen Löchern anfange, würde ich eher da irgendwo ansetzen. Aber weil du gerade von Simulationen gesprochen hast, Weißt du vielleicht oder hast du irgendwo eins, wo man sich vielleicht cool sowas anschauen kann?
Evi So eine Simulation? Ja, total.
Jana Kann ich gerne Links in die Beschreibung mit reinpacken. Da gibt es ganz viele, ganz tolle, wo man sich so eine Kollision angucken kann. Mit Entenschnabel? Sehr schöne Modelle, die da gemacht wurden. Mit Entenschnabel, hoffentlich, ja.
Evi Okay, ja, das wäre cool, damit man sich das ein bisschen vorstellen kann. Obwohl man ja direkt nichts sieht.
Jana Aber zumindest der Computer kann sich was vorstellen.
Evi Ja, ich finde es ja auch super spannend, dass man das auch so darstellen kann, simulieren kann, dass man sich dann sagen kann, okay, wie kann das passieren? Was kann nicht passieren oder wo haben wir dann eben Probleme, so wie du gesagt hast, mit diesem Final Parsec, dass da eigentlich dann Prozesse aufhören und andere noch nicht beginnen, die das alles erklären würden.
Evi Ich finde das super spannend. Also auch hier wieder mal noch genug zu forschen.
Jana So ist es.
Evi Ich bin neugierig. Ich glaube, dass da auch in der Forschung noch recht viel passieren wird.
Jana Ja, total.
Evi Also gerade das eben mit den Gravitationswellen, das ist eh schon angesprochen. Ich glaube, dass uns das da wirklich so, also dass da schon so ein Push war in eine Richtung, wo jetzt sehr viel folgen wird.
Jana Ja, wenn man sagt, elektromagnetisch passiert da nichts, aber gravitativ passiert da etwas, dass man dann tatsächlich ein Signal kriegen kann. Das ist Wahnsinn. Also da waren wir ja wirklich blind vorher komplett und haben jetzt Detektoren, die sowas messen können.
Evi Ja, ich finde das auch extrem faszinierend. Vielen Dank, dass du uns das heute mitgebracht hast, dieses spannende Thema. Ja, sind wir jetzt auch schon am Ende. Also danke Jana noch einmal. Für diese Kollisionen der schwarzen Löcher. Gibt es noch weitere Kollisionen eigentlich oder bist du jetzt mit deiner Reihe fertig?
Jana Das weiß ich gar nicht. Ich glaube, wir sind jetzt erstmal am Ende. Aber vielleicht haben die Zuhörer, vielleicht weiß ja noch jemand irgendwas, was ich jetzt noch vergessen habe.
Evi Was man noch kollidieren lassen kann.
Jana Was man noch alles kollidieren lässt. Man kann natürlich auf Teilchen-Ebene jetzt noch Sachen kollidieren lassen. Da braucht man aber eigentlich einen Teilchenphysiker. Genau. Wo die kleine geht.
Evi Ja, bestimmt.
Jana Aber wie die großen Sachen, ich glaube, da haben wir jetzt schon einiges abgedeckt. Aber vielleicht vergesse ich auch noch. Man muss ja noch mal drüber nachdenken.
Evi Ja, stimmt. Also wenn ihr Ideen habt, was Jana noch kollidieren lassen kann, dann schreibt uns gerne. Ihr wisst, wir sind per Mail erreichbar über kontakt.cosmoglatte.at. Ihr könnt uns natürlich auch Kommentare auf unserer Seite kosmoglatte.at hinterlassen. Schreibt uns gerne Feedback, Fragen, Anregungen.
Evi Wir wissen, wie auch auf Instagram zu finden unter kosmoglatte.podcast. Und wenn ihr euch bedanken wollt bei uns, dann könnt ihr das natürlich auch in Form einer kleinen Spende tun. Das könnt ihr einmalig über PayPal machen oder regelmäßig über PayPal. Geht natürlich auch ein kleiner Beitrag. Das haben dieses Mal Ulrich und Wolfram getan.
Evi Vielen lieben Dank an euch. Ihr könnt auch ein Abo abschließen über Steady oder Patreon. Da könnt ihr uns monatlich ein kleines Dankeschön, einen kleinen Kaffee quasi zukommen lassen. Das hat auch die Angelika gemacht, die zwar vorher schon einen Kaffee genossen hat und mittlerweile aber einen Cosmic Melange genießt.
Evi Also es gibt verschiedene Pakete, die ihr abschließen könnt. Also man kann dann auch ein Upgrade machen. Vielen lieben Dank Angelika an dieser Stelle. Hinterlasst gerne auch Bewertungen, empfiehlt uns weiter, damit dieser Podcast wachsen kann. Ansonsten hören wir uns dann in 14 Tagen wieder, beziehungsweise Janu, wir hören uns dann ein bisschen später wieder.
Jana So ist es. Absolut.
Evi Bis dahin eine gute Zeit und tschüss.
Jana Ciao.
Evi Ja, ich weiß auch nicht, warum wir uns am Anfang so verplaudert haben.
Jana Ja, mei, so ist es halt.
Evi Das ist der Pauli.
Jana Ja, aber es war ja auch gut. Wir haben uns ja unterhalten.
Evi Wirklich sehr gruselig und unterhaltsam.
Jana Kann ich mir vorstellen. Wenn man da fertig ist und sich denkt, jetzt bin ich dein Ernst hier.
Evi Und plötzlich ist dann alles kaputt geworden. Und nämlich wirklich so elektrische, technische Sachen. Also alles, was ich in die Hand nehme, irgendwie zerfällt gerade. Ja, und dann habe ich ihm gelesen, dass das Jahr der Quantenforschung jetzt ist. Und dann hat es jetzt auch aufgehört. Also ich will es jetzt nicht verschreien.