Neue Studie zur Bestimmung der Rotation eines Schwarzen Lochs

Künstlerische Darstellung eines rotierenden Schwarzen Lochs, das von einer Akkretionsscheibe umgeben ist. (Credits: ESO, ESA / Hubble, M. Kornmesser)
Künstlerische Darstellung eines rotierenden Schwarzen Lochs, das von einer Akkretionsscheibe umgeben ist. (Credits: ESO, ESA / Hubble, M. Kornmesser)

Ein Schwarzes Loch zeichnet sich zumindest nach unserem derzeitigen Verständnis dadurch aus, dass es “keine Haare” besitzt. Das heißt, es ist so einfach strukturiert, dass es mit nur drei Parametern vollständig beschrieben werden kann: seiner Masse, seinem Drehimpuls und seiner elektrische Ladung. Auch wenn es aus einem komplexen Gemisch aus Materie und Energie entstanden sein könnte, gehen alle anderen Eigenschaften verloren, wenn es sich bildet.

Sein starkes Gravitationsfeld erschafft eine umgebende Oberfläche – einen “Horizont” – und alles, was diesen Horizont überquert, kann nicht mehr entkommen, auch Licht nicht. Deswegen erscheint die Singularität schwarz und alle Informationen über die einfallende Materie gehen ebenfalls verloren und werden in die drei bekannten Parameter überführt.

Astronomen können die Massen von Schwarzen Löchern auf relativ direkte Weise messen, indem sie beobachten, wie sich die Materie in ihrer Nähe unter Beeinflussung durch das Gravitationsfeld bewegt. Die Ladungen von Schwarzen Löchern werden als vernachlässigbar betrachtet, weil die positiven und negativen einfallenden Ladungen üblicherweise vergleichbar groß sind. Die Drehimpulse von Schwarzen Löchern sind schwerer zu bestimmen und stützen sich auf die Interpretation der Röntgenemissionen aus der heißen, inneren Kante der Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch.

Eine Methode modelliert die Form des Röntgenkontinuums und basiert auf guten Schätzungen der Masse, der Distanz und des Beobachtungswinkels. Die andere modelliert das Röntgenspektrum inklusive beobachteter atomarer Emissionslinien, die bei dem heißen Gas oft registriert werden. Sie hängt nicht davon ab, so viele andere Parameter zu kennen. Die beiden Methoden haben im Allgemeinen ähnliche Ergebnisse geliefert.

Der Astronom James Steiner vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und seine Kollegen analysierten nochmals sieben Spektraldatensätze, die der Rossi X-ray Timing Explorer von einem Ausbruch eines stellaren Schwarzen Lochs namens 4U1543-47 aufgenommen hat. Frühere Versuche zur Bestimmung der Rotation des Objekts mittels der Kontinuummethode resultierten in Unstimmigkeiten, die deutlich größer als die formalen Unsicherheiten waren. Die Abhandlungen setzten eine Masse von 9,4 Sonnenmassen und eine Distanz von 24.700 Lichtjahren voraus.

Nach der Neuanpassung der Spektren und der Implementierung aktualisierter Modellierungsalgorithmen berechneten die Forscher eine Rotation in der Größenordnung der bisherigen Werte mit einer Sicherheit von 90 Prozent. Weil es bisher nur ein paar Dutzend gut bestätigter Rotationswerte von Schwarzen Löchern gibt, stellen die neuen Ergebnisse eine wichtige Ergänzung dar.

Abhandlung: “The Spin Measurement of the Black Hole in 4U 1543-47 Constrained with the X-ray Reflected Emission” von Yanting Dong, Javier A García, James F Steiner, Lijun Gou, MNRAS, 493, 4409, 2020.

Quelle

(THK)

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