„Herzschlag“ von Schwarzem Loch lüftet galaktisches Geheimnis
Schwarze Löcher bergen viele Geheimnisse, die es zu lüften gibt. Jetzt haben sie eines weniger. Forscher*innen in den Niederlanden, Argentinien, Großbritannien und Italien haben es gelüftet, indem sie den „Herzschlag“ eines Schwarzen Lochs gemessen haben, berichtet Sciencealert.
Ein Schwarzes Loch funktioniert folgendermaßen: Materie wird gesammelt und in der sogenannten Korona erhitzt. Danach werden Teile davon als Jets (Materiestrahlen) ins All geschleudert. „Das klingt logisch, aber seit 20 Jahren gibt es eine Debatte, ob die Korona und Jets dasselbe sind. Jetzt wissen wir, dass sie nacheinander auftreten“, sagt Mariano Méndez, von der Universität Groningen in den Niederlanden.
Schwarzes Loch frisst seinen Begleitstern auf
Um das zu beweisen, wurden 15 Jahre lang Daten von mehreren Teleskopen gesammelt. Das Ziel der Untersuchung war das Schwarze Loch von GRS 1915+105. Es ist ein binäres System, das aus einem Schwarzen Loch und einem normalen Stern besteht. Das System befindet sich in der Milchstraße, etwa 36.000 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt.
Das Schwarze Loch hat 12-mal soviel Masse wie unsere Sonne. Für ein Schwarzes Loch ist das sehr wenig. Für ein stellares Schwarzes Loch (entsteht beim Kollaps massereicher Sterne) ist das aber schon ordentlich, weshalb es zu den massereichsten, stellaren Schwarzen Löchern in der Milchstraße gehört.
Das Schwarze Loch saugt beständig Material von seinem Begleitstern ab. Dieses bildet eine Scheibe rund um das Schwarze Loch, die sogenannte Akkretionsscheibe. Von der ernährt sich das Schwarze Loch durchgehend. Dabei entsteht viel Licht, u.a. durch die Korona. Die Korona befindet sich zwischen dem inneren Rand der Akkretionsscheibe und dem Ereignishorizont. Der Ereignishorizont ist die Grenze, ab dem nicht mal mehr Licht der Gravitation des Schwarzen Lochs entkommen kann.
Schwarzes Loch verursacht 2 Arten von Energie
Die Korona kann bis zu einer Milliarde Grad Celsius heiß werden. Die Forschenden vermuten, dass das Magnetfeld des Schwarzen Lochs die Elektronen so stark beschleunigt, dass diese so heiß werden. Das erzeugt Energie in Form einer sehr hellen Röntgenstrahlung. Die Jets entstehen durch Materie, die entlang des Magnetfelds, außerhalb des Ereignishorizonts, zu den Polen fließt. Dort werden sie ins All geschleudert, dabei entsteht Energie im Bereich von Radiowellenlängen.
Für die Studie mussten also Beobachtungen im Röntgenbereich und Radiowellenbereich gemacht werden. Die Daten wurden von 1996 bis 2012 gesammelt und untersucht. Das finale Sample besteht aus 410 simultanen Beobachtungen von GRS 1915+105. So konnten die Forschenden Änderungen in beiden Spektren zur selben Zeit erkennen.
Der Herzschlag des Schwarzen Lochs
So fanden sie heraus, dass wenn die Röntgenstrahlung stark war, die Radiowellen schwach waren und umgekehrt. Die Jets waren also am stärksten, wenn die Korona am schwächsten war.
Daraus ergibt sich der „Herzschlag“ des Schwarzen Lochs. Die Korona zieht sich quasi zur Mitte hin zusammen und wird schwächer, wenn die Materie zu den Polen geleitet wird. Dann schießen die Jets heraus und der Prozess beginnt von vorne.
„Es war eine große Herausforderung diese Sequenz zu demonstrieren“, sagt Méndez: „Wir mussten Daten von Jahren mit denen von Sekunden vergleichen und die höchsten Energiewerte mit den niedrigsten.“
Hellere Korona, als sie eigentlich sein kann
Als Nächstes will das Forschungsteam herausfinden, warum die Korona heller im Röntgenspektrum leuchtet, als dies eigentlich durch die Hitze möglich ist. Es wird vermutet, dass das Magnetfeld einen Einfluss hat. Weil das Schwarze Loch in eine andere Richtung rotiert als die Akkretionsscheibe, könnte das Magnetfeld chaotisch werden und die Korona übermäßig aufheizen. Wenn sich das Magnetfeld an einem bestimmten Punkt wieder normalisiert, kann Materie über die Pole entkommen – die Jets werden gestartet. So zumindest die Vermutung der Forschenden.
Die Erkenntnisse sollten sich auch auf größere Schwarze Löcher umlegen lassen. Dies könnte in Zukunft dabei helfen, diese besser zu verstehen und ihnen noch mehr Geheimnisse zu entlocken.