Schlagwort: Schwarzes Loch

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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

Beschreibung: Wie schnell kann sich ein Schwarzes Loch drehen? 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, die mehrere überraschende und ungewöhnliche Dinge vorhersagt. Seine vielleicht am einfachsten nachprüfbare Prognose ist jedoch, dass Materie, die in ein mit maximaler Geschwindigkeit rotierendes Schwarzes Loch fällt, zuletzt zuletzt sichtbar sein sollte, wenn sie dieses annähernd mit Lichtgeschwindigkeit umkreist, wie man aus großer Entfernung beobachten kann. Diese Prognose wurde kürzlich von den Statelliten NuSTAR der NASA und XMM der ESA getestet, und zwar durch Beobachtung des sehr massereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Spiralgalaxie NGC 1365. Die Grenze nahe der Lichtgeschwindigkeit wurde bestätigt, indem man die Aufheizung und die Verbreiterung der Spektrallinien von Kernemissionen nahe dem inneren Rand der umgebenden Akkretionsscheibe vermaß. Oben zeigt eine künstlerische Illustration eine Akkretionsscheibe aus normaler Materie, die um ein Schwarzes Loch wirbelt, mit einem Strahl, der aus der Oberseite strömt. Da Materie, die zufällig in das Schwarze Loch fällt, die Rotation eines Schwarzen Lochs nicht so stark beschleunigen sollte, 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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GRO J1655-40: Hinweis auf ein rotierendes schwarzes Loch

Siehe Erklärung. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Credit: April Hobart, CXC

Beschreibung: In der Mitte eines Strudels aus heißem Gas steckt wahrscheinlich ein Ungeheuer, das noch nie direkt gesehen wurde: ein schwarzes Loch. Untersuchungen des hellen Lichtes, das von dem wirbelnden Gas ausgeht, weisen häufig nicht nur auf das Vorhandensein eines schwarzen Loches hin, sondern auch auf dessen wahrscheinliche Eigenschaften. Das Gas zum Beispiel, das GRO J1655-40 umgibt, weist, wie man herausfand, ein ungewöhnliches Flackern mit einer Frequenz von 450 Mal pro Sekunde auf. Bei einer vorherigen Masse des Zentralobjektes von geschätzten sieben Sonnenmassen kann die Frequenz des schnellen Flackerns durch ein schwarzes Loch erklärt werden, das sehr rasch rotiert. Welche physikalischen Wirkungsmechanismen das Flackern sowie eine langsamere, quasi-periodische Schwingung (QPO) in Akkretionsscheiben schlussendlich verursachen – schwarze Löcher und Neutronensterne bleiben weiterhin Gegenstand zahlreicher Untersuchungen.

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Hüllen um den Mikroquasar Cygnus X-1

Die Grafik zeigt einen Mikroquasar, in den Materie fällt. Er ist von einer Akkretionsscheibe umgeben.

Credit und Bildrechte: Steve Cullen (lightbuckets.com)

Beschreibung: Was passiert mit Materie, die in ein aktives Schwarzes Loch fällt? Im Fall von Cygnus X-1 gelangt wahrscheinlich nur ein kleiner Teil dieser Materie hinein. Einfallendes Gas kollidiert nicht nur mit sich selbst, sondern mit einer Akkretionsscheibe aus wirbelnder Materie, die das schwarze Loch umgibt.

Das Ergebnis könnte ein Mikroquasar sein, der im gesamten elektromagnetischen Spektrum leuchtet und mächtige Strahlen erzeugt, die einen Großteil der einfallenden Materie fast mit Lichtgeschwindigkeit in den Kosmos zurückwirft, ehe sie sich dem Ereignishorizont des schwarzen Lochs auch nur nähern kann.

Die Bestätigung, dass die Jets schwarzer Löcher Hüllen erzeugen können, welche sich ausdehnen, erfolgte kürzlich durch die Entdeckung von Hüllen um Cygnus X-1. Rechts oben ist eine solche Hülle abgebildet, die sehr wahrscheinlich durch den Jet des Mikroquasars und Kandidaten für ein schwarzes Loch Cygnus X-1 erzeugt wurde. Wenn Sie den Mauspfeil über das Bild bewegen, sehen Sie eine kommentierte Ansicht. Der physikalische Prozess, der die Jets des Schwarzen Lochs erzeugt, wird weiterhin erforscht.

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Aussicht in der Nähe eines schwarzen Lochs

In einem von roten kreisförmigen Bahnen gebildeten Trichter befindet sich in der Mitte ein weiß leuchtendes Gebilde, von dem ein rauchartiger Strahl aufsteigt.

Illustrationscredit: April Hobart, CXC

Beschreibung: Im Zentrum eines wirbelnden Strudels heißen Gases sitzt wahrscheinlich eine Bestie, die nie direkt beobachtet wurde: ein schwarzes Loch. Untersuchungen des hellen Lichts, das von dem wirbelnden Gas ausgestrahlt wird, weisen häufig nicht nur auf das Vorhandensein eines schwarzen Loches hin, sondern auch auf seine wahrscheinlichen Eigenschaften. Das Gas in der Umgebung von GRO J1655-40 weist zum Beispiel ein ungewöhnliches Flackern mit einer Frequenz von 450 Mal pro Sekunde auf. Angesichts einer früheren Massenabschätzung für das zentrale Objekt von sieben Sonnenmassen kann das schnelle Flackern durch ein schwarzes Loch erklärt werden, das rasend schnell rotiert. Welche physischen Mechanismen das Flackern – und eine langsamere quasi-periodische Schwingung – in Akkretionsscheiben, welche schwarze Löcher und Neutronensterne umgeben, verursachen, bleibt Gegenstand umfangreicher Forschungen.

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Cygnus X-1

Links im Bild leuchtet ein heller bläulicher Stern mit ausgefranstem Rand, von diesem verläuft ein Materiestrom nach rechts zu einer rot-orangefarbenen Akkretionsscheibe um ein Schwarzes Loch.

Credit und Bildrechte: ESA, Hubble

Beschreibung: Ist das ein Schwarzes Loch? Gut möglich. Das Doppelsternsystem Cygnus X-1 enthält einen der besten Kandidaten für ein solch exotisches Objekt. Es ist eine der hellsten Röntgenquellen am Himmel und wurde daher schon früh entdeckt, als die ersten Röntgenteleskope den Himmel nach dieser Strahlung absuchten. Der Name sagt es: Cygnus X-1 ist die hellste Röntgenquelle im Sternbild Schwan (Cygnus). Die Beobachtungsdaten lassen auf ein massives Objekt mit dem Neunfachen der Sonnenmasse schließen, das seine Helligkeit kontinuierlich auf verschiedensten Zeitskalen ändert, bis hinunter in den Millisekundenbereich. Damit kann es sich eigentlich nur um ein Schwarzes Loch handeln – kein anderes Modell vermag diese Daten zu erklären. Das Bild zeigt eine künstlerische Darstellung des Cygnus X-1-Systems. Links erkennt man den Stern HDE 226868, dessen Masse etwa das 30fache der Masse unserer Sonne entspricht. Die Röntgenquelle ist auf der rechten Seite dargestellt. Sie ist mit dem Riesenstern über eine Materiebrücke verbunden, über die Masse vom Stern in eine Akkretionsscheibe überströmt, die das Schwarze Loch umgibt. Der Stern des Systems ist schon mit einem kleinen Teleskop zu sehen. Seltsamerweise scheint Cygnus X-1 ohne eine vorangegangene Supernovaexplosion entstanden zu sein.

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Der Radiobogen im galaktischen Zentrum

Siehe Beschreibung. Ein Klick auf das Bild liefert die höchste verfügbare Auflösung.

Credit: Farhad Zadeh et al. (Northwestern), VLA, NRAO

Wie entstand diese ungewöhnliche Struktur nahe dem Zentrum unserer Galaxis? Links oben im Bild verlaufen lange, parallele, schräge Linien im Radiofrequenzbereich. Sie werden als Radiobogen im galaktischen Zentrum bezeichnt, ihr Ursprung liegt in der galaktischen Ebene.

Der Radiobogen ist durch seltsame gekrümmte Fasern, die als die „Arches“ bezeichnet werden, mit dem galaktischen Zentrum verbunden. Die helle Radiostruktur rechts unten umgibt wahrscheinlich ein Schwazres Loch im galaktischen Zentrum. Sie ist als Sagittarius A* bekannt.

Eine Hypothese zur Entstehung der Geometrie besagt, dass die Radiobögen und die „Arches“ heißes Plasma enthalten, das die Linien eines konstanten Magnetfeldes entlang fließt. Bilder des Röntgenobservatoriums Chandra zeigen vermutlich Kollisionen von Plasma mit nahe gelegenen Wolken aus kaltem Gas.

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