Schlagwort: Schwarzes Loch

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Aussicht in der Nähe eines Schwarzen Lochs

Ein roter Strudel reicht wie ein Trichter in die Tiefe, unten leuchtet eine helle Kugel, von der ein Strahl senkrecht aufsteigt.

Illustrationscredit: April Hobart, CXC

Beschreibung: Im Zentrum eines Strudelbeckens aus heißem Gas sitzt wahrscheinlich ein Ungeheuer, das noch nie direkt zu sehen war: ein Schwarzes Loch. Untersuchungen des hellen Lichts, das vom wirbelnden Gas abgestrahlt wird, lassen häufig nicht nur auf ein Schwarzen Lochs schließen, sondern auch auf seine wahrscheinlichen Eigenschaften.

Man fand heraus, dass das Gas, das beispielsweise GRO J1655-40 umgibt, ungewöhnlich flackert. Die Frequenz des Flackerns beträgt 450 Mal pro Sekunde. Eine vorhergehende Abschätzung der Masse des Zentralobjekts ergab sieben Sonnenmassen. Daher kann die Frequenz des schnellen Flackerns durch ein Schwarzes Loch erklärt werden, das sehr schnell rotiert.

Welche physikalischen Mechanismen das Flackern und eine langsamere quasiperiodische Schwingung in Akkretionsscheiben um Schwarze Löcher und Neutronensterne verursacht, wird noch erforscht.

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Die wolkigen Kerne aktiver Galaxien


Bildcredit: NASA’s GSFC, W. Steffen (UNAM)

Beschreibung: Wie sieht es aus, wenn man ins Zentrum einer aktiven Galaxie reist? Vermutlich enthalten die meisten Galaxienzentren Schwarze Löcher, Millionen Mal massereicher als unsere Sonne. Die Räume, die diese sehr massereichen Schwarzen Löcher umgeben, sind jedoch vielleicht alles andere als ruhig, sie flackern in vielen Farben, daher trägt die gesamte Objektklasse die Bezeichnung „Aktive galaktische Kerne“ (AGK).

Dieses Video zeigt, wie ein aktiver galaktischer Kern aus der Nähe aussehen könnte. AGK besitzen üblicherweise massereiche Akkretionsscheiben, die das zentrale Schwarze Loch speisen, und mächtige Strahlen schießen elektrisch geladene Materie weit ins umgebende Universum.

Wolken aus Gas und Staub umkreisen die zentralen Schwarzen Löcher, und in jüngster Zeit erkannte man, dass diese so dicht sind, dass sie sogar gelegentlich die alles durchdringenden Röntgenstrahlen ausblenden, sodass sie uns nicht erreichen. Solche Trübungen des Röntgenlichtes können Stunden oder Jahre dauern und wurden bei der Analyse von Daten entdeckt, die im Laufe von mehr als einem Jahrzehnt vom Rossi–X-ray-Timing-Explorer (RXTE) der NASA gewonnen wurden.

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Schwere Strahlen eines Schwarzen Lochs in 4U1630-47

Das Bild ist eine Illustration des Sternsystems 4U1630-47. Links in der Mitte ist eine rotierende Scheibe, außen rot, innen gelb. Nach oben und unten schießt senkrecht zur Scheibe ein Strahl heraus. Rechts ist ein großer, blauweißer Stern, von dem Materie zur Akkretionsscheibe fließt.

Illustrationscredit: NASA, CXC, M. Weiss

Woraus bestehen die Strahlen eines Schwarzen Lochs? Viele Schwarze Löcher in Sternsystemen sind vermutlich von Scheiben umgeben. Sie bestehen aus Gas und Plasma, das durch Gravitation von einem nahen Begleitstern abgesaugt wird. Ein Teil dieser Materie wird vom Sternsystem als mächtiger Strahl ausgestoßen, nachdem sie sich dem Schwarzen Loch genähert hat. An den Polen des rotierenden Schwarzen Lochs strömt ein Strahl nach oben und einer nach unten.

Es gibt aktuelle Hinweise, dass diese Strahlen nicht nur aus Elektronen und Protonen bestehen, sondern auch aus den Kernen schwerer Elemente wie Eisen und Nickel. Die Entdeckung wurde im System 4U1630-47 gemacht, und zwar mit einer kompakten Anordnung an Radioteleskopen im Osten Australiens, die von CSIRO betrieben wird, sowie mit dem Satelliten XMM-Newton der Europäischen Weltraumorganisation in der Erdumlaufbahn.

Das Sternsystem 4U1630-47 ist oben künstlerisch dargestellt. Rechts ragt ein großer blauer Stern ins Bild. Von einem Schwarzen Loch im Zentrum der Akkretionsscheibe links strömen Strahlen nach oben und unten. Das Sternsystem 4U1630-47 enthält vermutlich nur ein kleines Schwarzes Loch mit wenigen Sonnenmassen. Trotzdem ist die Schlussfolgerung aus dieser Beobachtung bedeutsam, nämlich dass auch größere Schwarze Löcher Strahlen mit massereichen Kernen ins Universum ausstoßen.

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Rotationsbeschleunigung eines massereichen Schwarzen Lochs

Das Bild zeigt eine schräg liegende orange beleuchtete Akkretionsscheibe, aus der Mitte strömt ein blau leuchtender Jet.

Illustrations-Credit: Robert Hurt, NASA/JPL-Caltech

Wie schnell kann ein Schwarzes Loch rotieren? Wenn sich ein Objekt aus normaler Materie zu schnell dreht, bricht es auseinander. Doch ein Schwarzes Loch sollte nicht auseinanderbrechen können – und seine maximale Rotationsgeschwindigkeit ist tatsächlich nicht bekannt.

Theoretiker* modellieren schnell rotierende Schwarze Löcher üblicherweise mit der Kerr-Metrik zu Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Diese sagt mehrere überraschende und ungewöhnliche Dinge vorher. Die vielleicht am einfachsten nachprüfbare Prognose besagt, dass Materie, die in ein mit maximaler Geschwindigkeit rotierendes Schwarzes Loch fällt, zuletzt sichtbar sein sollte, wenn sie das Schwarze Loch fast mit Lichtgeschwindigkeit umkreist. Das sollte man aus großer Entfernung beobachten können.

Diese Prognose wurde kürzlich mit den Satelliten NuSTAR der NASA und XMM der ESA untersucht. Dafür wurde das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Spiralgalaxie NGC 1365 beobachtet.

Die Grenze nahe der Lichtgeschwindigkeit wurde bestätigt, indem man die Aufheizung und die Verbreiterung der Spektrallinien von Kernemissionen nahe dem inneren Rand der Akkretionsscheibe vermaß.

Die künstlerische Darstellung oben zeigt eine Akkretionsscheibe aus normaler Materie, die um ein Schwarzes Loch wirbelt, und einen Strahl, der aus der Oberseite strömt. Materie, die zufällig in das Schwarze Loch fällt, sollte die Rotation eines Schwarzen Lochs nicht so stark beschleunigen. Daher bestätigen die Messungen von NuSTAR und XMM auch die Existenz der umgebenden Akkretionsscheibe.

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Plasmastrahlen der Radiogalaxie Hercules A

Siehe Beschreibung. Galaxie mit riesigen Plasmastrahlen, die vermutlich von einem Schwarzen Loch stammen. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: NASA, ESA, S. Baum und C. O’Dea (RIT), R. Perley und W. Cotton (NRAO/AUI/NSF) sowie das Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Beschreibung: Warum strömen aus dieser Galaxie so spektakuläre Strahlen? Das ist nicht bekannt, doch es hängt wahrscheinlich mit einem aktiven, sehr massereichen Schwarzen Loch im Zentrum zusammen. Die Galaxie in der Bildmitte ist Hercules A, im sichtbaren Licht wirkt sie wie eine relativ normale elliptische Galaxie. Wenn man sie aber in Radio-Wellenlängen abbildet, erscheinen gewaltige, mehr als eine Million Lichtjahre lange Plasmastrahlen.

Genaue Untersuchungen zeigen, dass die zentrale Galaxie, die auch als 3C 348 bekannt ist, mehr als 1000-mal massereicher ist als unsere Galaxis, und dass das zentrale Schwarze Loch fast 1000-mal mehr Masse besitzt als das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße.

Das oben gezeigte Bild im sichtbaren Licht wurde mit dem Weltraumteleskop Hubble in der Erdumlaufbahn gemacht und mit einem Radiobild überlagert, das mit den Radioantennen des kürzlich modernisierten Very Large Array (VLA) in New Mexico (USA) aufgenommen wurde. Die Physik, die diese Strahlen erzeugt, wird weiterhin erforscht. Eine wahrscheinliche Energiequelle ist die einfallende Materie, die zum zentralen Schwarzen Loch strudelt.

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Das Schwarze Loch in der Milchstraße

Das Bild im Hintergrund zeigt das Zentrum der Milchstraße. Ein Einschub in der Bildmitte zeigt eine Vergrößerung davon. Rechts daneben sind drei Bilder eines Lichtausbruchs untereinander gezeigt.

Bildcredit: NASA, JPL-Caltech, Projekt NuSTAR

Das Zentrum unserer Milchstraße ist etwa 27.000 Lichtjahre von uns entfernt. Darin befindet sich ein Schwarzes Loch mit vier Millionen Sonnenmassen. Es wird als Sagittarius A* (gesprochen: Sagittarius A Stern) bezeichnet.

Das Schwarze Loch der Milchstraße ist zum Glück freundlich gestimmt, wenn man es mit Schwarzen Löchern in fernen aktiven Galaxien vergleicht. Es verschlingt die Materie um sich herum mit viel mehr Ruhe. Von Zeit zu Zeit blitzt es jedoch auf.

Kürzlich wurde ein Ausbruch beobachtet, der mehrere Stunden dauerte. Er wurde auf dieser Serie erstklassiger Röntgenbilder des Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) in der Erdumlaufbahn dokumentiert.

NuSTAR startete am 13. Juni ins All. Es ist das erste Teleskop, das scharfe Ansichten der Region um Sgr A* in dem Röntgen-Spektralbereich liefert, der jenseits der Spektralbereiche liegt, die mit den Weltraumteleskopen Chandra und XMM aufgenommen werden können.

Die drei Bildfelder ganz rechts zeigen das kürzliche Aufflackern. Es wurde im Lauf von zwei Beobachtungstagen von NuSTAR beobachtet. Röntgenstrahlen entstehen in Materie, die auf über 100 Millionen Grad Celsius aufgeheizt und die fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird, wenn sie in das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße fällt.

Das groß eingefügte Röntgenbild ist etwa 100 Lichtjahre breit. Die helle, weiße Region darin zeigt die heißeste Materie, die dem Schwarzen Loch am nächsten kommt. Die rosarote Wolke gehört wahrscheinlich zu einem nahe gelegenen Supernovaüberrest.

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Imbiss im Zentrum der Galaxis

Eine orange-rot leuchtende Gaswolke wird vom Schwarzen Loch in der Milchstraße angezogen und in die Länge gerissen. Die Bahnen von Sternen, die um das Schwarze Loch kreisen, sind blau dargestellt.

Illustrationscredit: ESO/MPE/Marc Schartmann

Das Monster im Zentrum unserer Galaxis ist bereit zur Fütterung. Aktuelle Beobachtungen mit dem Very Large Telescope zeigen, dass eine Gaswolke dem sehr massereichen Schwarzen Loch im galaktischen Zentrum zu nahe kommt. Die Gaswolke wird zerfetzt, in die Länge gezogen und erhitzt. Ein Teil davon fällt voraussichtlich im Laufe der nächsten zwei Jahre in das schwarze Loch.

Diese künstlerische Illustration zeigt das, was nach der nahen Begegnung mit dem schwarzen Loch von dem Klumpen übrig bleibt, in Rot und Gelb. Der Überrest wölbt sich aus der Gravitationsfalle nach rechts. Die Umlaufbahn der Wolke ist rot, die Umlaufbahnen der Zentralsterne sind blau abgebildet.

Der hineinfallende Nebel enthält schätzungsweise mehrere Erdmassen. Das zentrale schwarze Loch, das vermutlich mit der Radioquelle Sagittarius A* zusammenfällt, enthält ungefähr vier Millionen Sonnenmassen. Wenn es einmal hineingefallen ist, ist von dem verlorenen Gas wohl nie wieder etwas zu hören.

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Blick durch das Zentrum von Centaurus A

Dicke Staubranken verdecken das Zentrum von Centaurus A. Dazwischen sind viele rosarote Sternbildungsregionen verteilt.

Bildcredit: NASA, ESA und die Kollaboration des Hubble-Vermächtnisses (STScI/AURA)-ESA/Hubble; Danksagung: R. O’Connell (U. Virginia)

Der Zentralbereich der aktiven Galaxie Centaurus A ist von einem fantastischen Durcheinander aus jungen blauen Sternhaufen, gewaltigen leuchtenden Gaswolken und imposanten dunklen Staubbahnen umgeben.

Dieses Bild des Weltraumteleskops Hubble wurde so bearbeitet, dass es den kosmischen Mahlstrom in natürlichen Farben darstellt. Infrarotbilder von Hubble zeigen auch, dass im Zentrum der Aktivität etwas verborgen ist, das wie Materiescheiben aussieht. Diese Scheiben stürzen auf Spiralbahnen in ein Schwarzes Loch mit mehreren Milliarden Sonnenmassen.

Centaurus A entstand offenbar bei der Kollision zweier Galaxien. Die übrigen Trümmer werden kontinuierlich vom Schwarzen Loch aufgesaugt. Das Schwarze Loch strahlt Energie im Radio-, Röntgen- und Gammastrahlenbereich ab. Weltraumforschende vermuten, dass Schwarze Löcher wie in Centaurus A und anderen aktiven Galaxien die zentrale Quelle der Strahlung sind.

Centaurus A ist eine nahe gelegene aktive Galaxie. Sie ist nur 10 Millionen Lichtjahre entfernt und somit ein gut geeignetes Labor zur Erforschung dieser mächtigen Energiequellen.

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