Neue Erkenntnisse über rotierende Schwarze Löcher in galaktischen Kernen

Ein Bild der Galaxie NGC 1365, deren Kern ein massereiches Schwarzes Loch enthält, das aktiv Materie ansammelt. Veränderungen in der Eisen-Emissionslinie aus dem Nukleus ermöglichten die Bestimmung der Rotation des Schwarzen Lochs. (SSRO-South (R. Gilbert, D. Goldman, J. Harvey, D. Verschatse) - PROMPT (D. Reichart))
Ein Bild der Galaxie NGC 1365, deren Kern ein massereiches Schwarzes Loch enthält, das aktiv Materie ansammelt. Veränderungen in der Eisen-Emissionslinie aus dem Nukleus ermöglichten die Bestimmung der Rotation des Schwarzen Lochs. (SSRO-South (R. Gilbert, D. Goldman, J. Harvey, D. Verschatse) - PROMPT (D. Reichart))

Die Kerne der meisten Galaxien enthalten ein massereiches Schwarzes Loch. Das Schwarze Loch im Kern unserer Milchstraßen-Galaxie beispielsweise besitzt eine Masse von etwa vier Millionen Sonnenmassen und die Massen der Schwarzen Löcher in anderen Galaxien werden auf hunderte Millionen Sonnenmassen oder sogar noch mehr geschätzt. In dramatischen Fällen, etwa bei Quasaren, erzeugen diese Schwarzen Löcher die beobachteten bipolaren Teilchenjets, die sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit nach außen bewegen. Wie die Schwarzen Löcher das tun, ist nicht bekannt, aber Wissenschaftler denken, dass die Rotation des Schwarzen Lochs irgendwie eine entscheidende Rolle dabei spielt.

Ein Schwarzes Loch ist so einfach (zumindest in traditionellen Theorien), dass es mit nur drei Parametern vollständig beschrieben werden kann: seiner Masse, seiner Rotation (Drehimpuls) und seiner elektrischen Ladung. Obwohl es aus einem komplexen Mix aus Materie und Energie gebildet worden sein könnte, gehen alle anderen spezifischen Einzelheiten verloren, wenn es zu einem einzigen Punkt kollabiert. Astronomen arbeiten daran, die Rotation von Schwarzen Löchern in aktiven Galaxien zu messen, um die Zusammenhänge zwischen der Rotation und den Eigenschaften der Jets zu untersuchen.

Eine Methode zur Messung der Rotation eines Schwarzen Lochs sind Röntgenspektren, in denen nach Verzerrungen bei den atomaren Emissionslinien des sehr heißen Gases in der Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch gesucht wird. Die Auswirkungen der Relativität in diesen extremen Umgebungen können die normalerweise schmalen Emissionslinien verbreitern und verzerren, so dass charakteristische Profile entstehen, die von der Rotation des Schwarzen Lochs abhängen.

Die Astronomen Guido Risaliti, Laura Brenneman und Martin Elvis vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) haben gemeinsam mit ihren Kollegen Beobachtungen der Weltraummissionen NuSTAR und XMM-Newton verwendet, um die veränderliche Spektralsignatur hochgradig angeregter Eisenatome im Kern der Galaxie NGC 1365 zu untersuchen. NGC 1365 ist eine gut erforschte aktive Galaxie, die etwa 66 Millionen Lichtjahre entfernt liegt und dafür bekannt ist, veränderliche Linienprofile zu zeigen. Das Team führte vier hochqualitative Beobachtungen der Quelle durch und verfolgte sie über einen bislang unerreichten Bereich von Absorptionsstadien, darunter einen mit sehr wenig Absorption aus der Sichtlinie zum zentralen Kern.

Alle Beobachtungen zeigten trotz des großen Absorptionsbereichs Kennzeichen aus den innersten Regionen des Akkretionsflusses. Innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft gab es Unstimmigkeiten darüber, wie verlässlich es ist, beobachtete Linienformen der Rotation des Schwarzen Lochs zuzuordnen (anstatt anderen Vorgängen im Kern). Aber dieses neue Ergebnis demonstriert nicht nur, dass es möglich ist – es zeigt, dass sogar Beobachtungen aus einer einzigen Epoche wahrscheinlich verlässliche Messungen liefern. Das macht die Aufgabe, andere derartige Systeme zu untersuchen, effizienter.

Abhandlung: “NuSTAR AND XMM-NEWTON Observations of NGC 1365: Extreme Absorption Variability and a Constant Inner Accretion Disk” von D. J. Walton, G. Risaliti, F. A. Harrison, A. C. Fabian, J. M. Miller, P. Arevalo, D. R. Ballantyne, S. E. Boggs, L. W. Brenneman, F. E. Christensen, W. W. Craig, M. Elvis, F. Fuerst, P. Gandhi, B. W. Grefenstette C. J. Hailey, E. Kara, B. Luo, K. K. Madsen, A. Marinucci, G. Matt, M. L. Parker, C. S. Reynolds, E. Rivers, R. R. Ross, D. Stern, and W. W. Zhang, The Astrophysical Journal 788, 76, 2014

Quelle: http://www.cfa.harvard.edu/news/su201426

(THK)

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