Astronomen beobachten gewaltige Ausbrüche eines Schwarzen Lochs

Künstlerische Darstellung des Systems MAXI J1820+070, basierend auf beobachteten Eigenschaften. (Credits: John Paice)
Künstlerische Darstellung des Systems MAXI J1820+070, basierend auf beobachteten Eigenschaften. (Credits: John Paice)

Ein internationales Astronomenteam unter Leitung der University of Southampton hat moderne Kameras verwendet, um ein Video eines wachsenden Schwarzen Lochs zu erstellen, das eine nie dagewesene Detailfülle zeigt. Dabei fanden sie neue Anhaltspunkte, um die direkte Umgebung dieser rätselhaften Objekte zu verstehen. Die Forscher veröffentlichen ihre Arbeit in einer neuen Abhandlung in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Schwarze Löcher können sich von einem nahen Stern ernähren und gewaltige Akkretionsscheiben aus Materie bilden. Hier können die Auswirkungen des starken Gravitationskraft des Schwarzen Lochs und das eigene Magnetfeld der Materie rasch wechselnde Strahlungslevel erzeugen, die von dem System als Ganzes emittiert werden.

Diese Strahlung wurde vom HiPERCAM-Instrument am Gran Telescopio Canarias auf La Palma (Kanarische Inseln) in sichtbaren Wellenlängen und vom NICER-Observatorium an Bord der Internationalen Raumstation ISS im Röntgenbereich registriert.

Das untersuchte System trägt die Bezeichnung MAXI J1820+070 und wurde Anfang 2018 entdeckt. Es liegt nur rund 10.000 Lichtjahre entfernt in unserer eigenen Milchstraßen-Galaxie. Es besitzt etwa sieben Sonnenmassen, wobei diese Masse in einem Raum vereint ist, der kleiner als die Stadt London ist.

Die Untersuchung dieser Systeme ist normalerweise sehr schwierig, weil ihre Entfernungen sie für Beobachtungen zu schwach und zu klein machen – sogar mit dem Event Horizon Telescope, das kürzlich ein Bild des Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M87 machte. Mit dem HiPERCAM-Instrument und dem NICER-Observatorium konnten die Forscher jedoch “Videos” des sich verändernden Lichts aus dem System mit mehr als 300 Frames pro Sekunde aufzeichnen und gewaltige Ausbrüche in sichtbaren Wellenlängen und im Röntgenbereich registrieren.

John Paice, ein Doktorand an der University of Southampton und am Inter-University Center for Astronomy & Astrophysics in Indien, war der Hauptautor der Studie, die diese Ergebnisse präsentiert, und auch der Künstler, der die Videos erstellte. Er erklärte die Arbeit wie folgt: “Das Video wurde unter Verwendung echter Daten erstellt, aber auf ein Zehntel der tatsächlichen Geschwindigkeit verlangsamt, damit die schnellsten Ausbrüche vom menschlichen Auge wahrgenommen werden können. Wir können erkennen, dass die Materie um das Schwarze Loch so hell ist, dass sie den Stern, der von ihm verschlungen wird, überstrahlt. Die schnellsten Ausbrüche dauern nur ein paar Millisekunden. Das entspricht dem emittierten Energieausstoß von hundert Sonnen in einem Augenblick.”

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Video-Link: https://youtu.be/9V-sjuOzVVA


Die Forscher stellten auch fest, dass Abfälle im Röntgenbereich von einem Anstieg in sichtbaren Wellenlängen begleitet werden und umgekehrt. Und die schnellsten Ausbrüche in sichtbarem Licht fanden den Bruchteil einer Sekunde nach den Röntgenstrahlen statt. Solche Muster offenbaren indirekt die Präsenz von Plasma in Strukturen fest im Griff der Gravitation des Schwarzen Lochs, die sonst zu klein wären, um aufgelöst werden zu können. Plasma ist extrem heiße Materie, bei der die Elektronen aus den Atomen herausgerissen wurden.

Dies ist nicht das erste Mal, dass so etwas beobachtet wurde: Ein Unterschied zwischen sichtbaren und Röntgenwellenlängen im Bereich eines Sekundenbruchteils wurde bereits in zwei anderen Systemen mit Schwarzen Löchern gefunden, aber bisher nicht so detailreich. Mitglieder dieses internationalen Teams waren in den letzten zehn Jahren führend auf diesem Gebiet. Dr. Poshak Gandhi, ebenfalls von der University of Southampton, fand die gleichen Zeitsignaturen auch in den beiden früheren Systemen.

“Die Tatsache, dass wir dies jetzt in drei Systemen beobachten, untermauert die Theorie, dass es sich dabei um ein einheitliches Merkmal solcher wachsenden Schwarzen Löcher handelt. Wenn das wahr ist, muss dies uns etwas Grundsätzliches über die Art und Weise der Plasmaströme um Schwarze Löcher verraten”, erläuterte er die Bedeutung der Ergebnisse.

“Unsere besten Theorien lassen einen tiefen Zusammenhang zwischen dem einströmenden und dem wegströmenden Plasma vermuten. Aber dies sind extreme physikalische Bedingungen, die wir nicht in irdischen Laboratorien nachbilden können, und wir verstehen nicht, wie die Natur das schafft. Solche Daten werden entscheidend dafür sein, die korrekte Theorie zu finden.

Die Ergebnisse sind online verfügbar.

Quelle

(THK)

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