Schwarzes Loch bricht alte Regel

28. Februar 2014, 16:42
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Schleudert ein Schwarzes Loch starke Jets ins All, kann es seine Umgebung stärker als bisher gedacht beeinflussen

Schwarze Löcher wachsen, indem sie die Materie in ihrer Umgebung verschlucken. Bei dieser so genannten Akkretion werden große Mengen an Energie frei, und zwar einerseits in Form von Strahlung der erhitzten Materie und andererseits als sogenannte Jets, bei denen hochenergetische Teilchen ins All geschleudert werden.

Die durch Strahlung abgegebene Energie unterliegt dabei allerdings einer gewissen Beschränkung. Würde sie das so genannte Eddington-Limit überschreiten, dann wäre der Strahlungsdruck so stark, dass er die einfallende Materie wegblasen und die Akkretion so zum Erliegen bringen würde. Die abgegebene Strahlung reguliert sich somit selbst.

Ob derselbe Grenzwert allerdings auch für die Bewegungsenergie der Jet-Teilchen gilt, die das Schwarze Loch abgibt, ist unklar. Forscher rund um Roberto Soria von der Curtin University in Australien haben sich nun dieser Fragestellung gewidmet und ein Jahr lang ein Schwarzes Loch in der Galaxie M83 untersucht. Ihren Ergebnissen zufolge, die sie in der Zeitschrift "Science" publizierten, gibt es mehr kinetische Energie ab, als der Grenzwert erlauben würde. Sie konnten zeigen, dass dieser starke Energiefluss auch über einen langen Zeitraum von 20.000 Jahren bestehen bleiben kann. Somit kann das Schwarze Loch seine Umgebung stärker als bisher gedacht beeinflussen.

Die Masse als Herausforderung

Ein zentraler Punkt für die Studie war die exakte Bestimmung der Masse des betroffenen Schwarzen Lochs, denn das Eddington-Limit ist von dieser Masse abhängig. An diesem Problem waren frühere Untersuchungen gescheitert. Den Forschern gelang es nun aber, die Masse ihres Schwarzen Lochs durch Untersuchung der abgegebenen Röntgenstrahlung auf unter 100 Sonnenmassen einzugrenzen. Erst so konnten sie zeigen, dass ist die Menge der abgegebenen Energie eindeutig zu hoch war.

Die kinetische Energie wurde von ihnen durch Messungen der Infrarothelligkeit und Radiostrahlung bestimmt. Da sie deutlich stärker ist, als sie es nach dem Eddington-Limit sein dürfte, reichern Schwarze Löcher ihre Umgebung also mit mehr Energie an als bisher gedacht. Den Forschern zufolge ist dies wichtig, um zu verstehen wie riesige Schwarze Löcher im frühen Universum wachsen konnten oder wie Schwarze Löcher heute ihre Heimatgalaxien beeinflussen.

Unterdrückte Sternentstehung

Dass solche Auswirkungen von Schwarzen Löchern sehr dramatisch sein können, hat jetzt ein internationales Team aus Forschern in einer ganz anderen Studie gezeigt. Sie fanden heraus, dass Schwarze Löcher die Entstehung neuer Sterne in ihrer Galaxie verhindern können und sie quasi dazu zwingen, "rot und tot" zu bleiben, wie die Forscher diesen Zustand nennen.

Manche große elliptische Galaxien produzieren keine neuen Sterne, sodass in ihnen schlussendlich nur die langlebigsten aller Sterne übrig bleiben. Da diese kühlen Sterne rötlich erscheinen, werden die betroffenen Galaxien auch als "rot und tot" bezeichnet.  Lange hatte man sich dieses Phänomen  mit einer möglichen Abwesenheit des kühlen Gases, welches für die Sternentstehung nötig ist, erklären können. Diese Erklärung hat sich nun aber als falsch herausgestellt.

Ein internationales Forscherteam um Norbert Werner von der Stanford University in Kalifornien hat nun mit Beobachtungen des Satelliten Herschel gezeigt, dass ausreichend Gas vorhanden ist. Ihrer Studie zufolge sind es die Jets der zentralen supermassiven Schwarzen Löcher im Zentrum der betroffenen Galaxien, die das Phänomen verursachen. Diese könnten die Sternentstehung unterdrücken, wie die Forscher im Magazin MNRAS ("Monthly Notices of the Royal Astronomical Society") schreiben.

Keine Abkühlung

Im Gegensatz zu der Studie von Roberto Soria handelt es sich bei den von ihnen untersuchten Objekten aber nicht um Schwarze Löcher von geringer Masse, sondern um sogenannte supermassive Schwarze Löcher. Die Forscher hatten mit dem Weltraumteleskop acht verschiedene Galaxien untersucht.

Für ihre Untersuchung war es notwendig, Daten aus verschiedensten Wellenlängenbereichen zu kombinieren, um die Abstrahlung des Gases bei unterschiedlichen Temperaturen messen zu können. So entdeckten sie, dass in den von ihnen untersuchten Galaxien die Abkühlung der Gaswolken auf mysteriöse Weise gestoppt wurde, sodass diese nicht zu Sternen kondensieren konnten. Dies lässt sich den Wissenschaftern zufolge mit der Aktivität der jeweiligen Schwarzen Löcher in Verbindung bringen, denn je stärker ihre Aktivität ist, desto mehr erhitzen ihre hochenergetischen Jets das Gas und verhindern so die Entstehung neuer Sterne. (Elisabeth Guggenberger, derStandard.at, 28. 2. 2014)

  • Ein Schwarzes Loch verschluckt Materie aus seiner Umgebung, dabei bilden sich eine hell leuchtende Akkretionsscheibe und hochenergetische Jets.
    illustration: t.d. russell (icrar-curtin) mittels binsim-visualisierungscode r. hynes (lsu)

    Ein Schwarzes Loch verschluckt Materie aus seiner Umgebung, dabei bilden sich eine hell leuchtende Akkretionsscheibe und hochenergetische Jets.

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