Mithilfe des Doppler-Effekts können Schülerinnen und Schüler die Geschwindigkeit ermitteln, mit der sich Gas in einer bestimmten Entfernung um das Zentrum der Galaxie M87 bewegt. Aus diesen Daten können sie dann auf die Masse schließen. Die mit einfachen Mitteln zu erzielenden Resultate sind durchaus mit den in der Literatur publizierten Werten vergleichbar. Das vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommene Bild (links) zeigt den aktiven Kern der Galaxie, aus dem ein gebündelter Jet aus Elektronen und subatomaren Teilchen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit herausschießt.
Ein Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie M87
Unterrichtseinheit
Schülerinnen und Schüler nutzen Aufnahmen und Spektren, die mit dem Hubble-Weltraumteleskop gewonnen wurden, um die Masse eines Schwarzen Lochs in der Galaxie M87 zu berechnen.
- Physik / Astronomie
- Sekundarstufe II
- etwa 15 Unterrichtsstunden
- Primärmaterial, Arbeitsblatt, Lernkontrolle, Projekt
- 2 Arbeitsmaterialien
Beschreibung der Unterrichtseinheit
Didaktisch-methodischer Kommentar
Das hier vorgestellte Projekt ist eine von mehreren Schülerübungen mit Originaldaten des Hubble-Weltraumteleskops, die von der Arbeitsgruppe Fachdidaktik der Physik und Astronomie an der Physikalisch-Astronomischen Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena entwickelt wurden (weitere Projekte: Die Entfernung der Supernova SN 1987A und Die Entfernung der Galaxie M100). Von den mathematisch anspruchsvollen Übungen stellt das hier vorgestellte Projekt die höchsten Anforderungen an die Schülerinnen und Schüler.
- Die Suche nach Schwarzen Löchern
Neben der Geschwindigkeit von Sternen oder Gas im Kern der Galaxien müssen bei der Suche nach möglichen Schwarzen Löchern noch weitere Kriterien herangezogen werden.
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Unterrichtsmaterial "Schwarzes Loch in Galaxie M87" zum Download
- schwarzes-loch-m87-schuelermaterial.pdf
Arbeitsmaterialien für Schülerinnen und Schüler: Allgemeine Informationen zu Schwarzen Löchern, Grafiken, Daten und Aufgabenstellungen
VorschauIm Classroom-Manager speichern - schwarzes-loch-m87-lehrerhandreichung.pdf
Hier finden Sie die entsprechende Lehrerhandreichung zur Einheit "Schwarze Löcher in Galaxie M87".
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Vermittelte Kompetenzen
Die Schülerinnen und Schüler
- erklären den Verlauf der Rotationskurven von Galaxien mit und ohne Schwarzem Loch im Kern der Galaxie.
- bestimmen mithilfe des Doppler-Effekts die Geschwindigkeit, mit der das Gas in Abhängigkeit von der Entfernung zum Zentrum der Galaxie M87 rotiert und schließen daraus auf die Masse.
- beziehen die Geometrie der um das Zentrum der Galaxie rotierenden Gasscheibe (Projektion des kreisförmigen Rings als Ellipse an die Himmelssphäre) in ihre Berechnungen mit ein und schulen dadurch ihr räumliches Vorstellungsvermögen.
- erkennen, dass die Auflösung des Hubble-Weltraumteleskops nicht ausreicht, in der Nähe des Schwarzschildradius relativistische Geschwindigkeiten nachzuweisen zu können.
- lernen für das Vorhandensein eines Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie neben den charakteristischen Eigenschaften der Rotationskurve noch weitere Indizien kennen.
Zusatzinformationen
- Links und Literatur
Informationsquellen zur Riesengalaxie M87, zum Virgo-Galaxienhaufen und zu möglichen Schwarzen Löchern in weiteren Galaxien - auch in der Milchstraßengalaxie
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