Röntgenbilder enträtseln Geheimnisse Schwarzer Löcher
Dank neuer Beobachtungen des Weltraumteleskops Chandra sind Wissenschaftler der Lösung der zwei größten Geheimnisse der Astrophysik auf der Spur. Das Chandra X-ray Observatory der NASA (National Aeronautics and Space Administration) ist ein Satellit, der seit 1999 auf seiner Umlaufbahn unterwegs ist und Röntgenaufnahmen realisieren kann, was innerhalb der röntgenstrahlenabsorbierenden Erdatmosphäre nicht möglich ist. Die neuesten Röntgenbilder zeigen einen Strom heißen Gases in Richtung eines Schwarzen Lochs und klären somit möglicherweise zwei fundamentale Fragen der modernen Astrophysik: Wie breiten sich Schwarze Löcher aus? Und wie verhält sich Materie unter der Einwirkung von deren intensiver Gravitation? Die Wissenschaftler der Universitäten Alabama, Kalifornien und Michigan in den Vereinigten Staaten veröffentlichten die Ergebnisse ihrer Studie in den Astrophysical Journal Letters. Das Team analysierte ein Schwarzes Loch, das sich etwa 32 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt im Mittelpunkt einer großen Galaxie mit der Bezeichnung NGC 3115 befindet. Obgleich auch in der Vergangenheit bereits Datenmaterial auf in Schwarze Löcher hineinströmendes oder -fallendes Material hindeutete, standen den Forschern jedoch bislang noch nie derart klare Bilder von heißem Gas in verschiedenen Abständen zu einem Schwarzen Loch zur Verfügung. Die Aufnahmen von heißen Gasen in verschiedenen Entfernungen zu diesem supermassereichen Schwarzen Loch ermöglichten den Astronomen die Beobachtung einer kritischen Schwelle, an welcher die Bewegung des Gases zunächst von der Anziehungskraft des Schwarzen Lochs dominiert wird und nach innen verläuft. Dieser Abstand vom Schwarzen Loch wird als Bondi-Radius bezeichnet. "Es ist spannend, solch klare Beweise für Gas im Bannkreis eines massiven Schwarzen Lochs zu finden", sagte Ka-Wah Wong von der Universität Alabama, Forschungsleiter der Studie. "Das Auflösungsvermögen von Chandra bietet eine einzigartige Chance, durch die Untersuchung dieses nahegelegenen Objekts an mehr Wissen darüber zu gelangen, auf welche Weise Schwarze Löcher Material erfassen." Strömt das Gas in Richtung eines Schwarzen Lochs, wird es komprimiert, wodurch es heißer und heller wird. Den Beobachtungen des Teams zufolge beginnt der Temperaturanstieg des Gases in ungefähr 700 Lichtjahren Entfernung zum Schwarzen Loch. Daraus konnten die Wissenschaftler die Lage des Bondi-Radius berechnen. Dies deutet darauf hin, dass das Schwarze Loch im Zentrum von NGC 3115 eine etwa zwei Milliarden Sonnenmassen entsprechende Masse hat; somit ist es das der Erde nächstgelegene Schwarze Loch dieser Größe. Die Daten des Chandra-Observatoriums offenbaren außerdem, dass das Gas in der Nähe des Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie dichter als Gas ist, welches sich weiter draußen befindet, wie es das Team vorhergesagt hatte. Die beobachteten Eigenschaften des Gases und theoretische Annahmen des Teams lassen die Schätzung zu, dass jährlich Gas mit einer Masse von ungefähr 2% der Masse der Sonne über den Bondi-Radius hinweg in Richtung des Schwarzen Lochs angezogen wird. "Eines der größten Mysterien der Astrophysik ist, wie das Gebiet um massereiche Schwarze Löcher herum so dunkel bleiben kann, wenn doch ausreichend viel Nahrung zur Verfügung steht, um es zum Leuchten zu bringen", erläuterte Koautor Jimmy Irwin, ein weiterer an der Studie arbeitender Forscher. "Dieses Schwarze Loch ist geradezu ein Paradebeispiel für dieses Problem." Diese Diskrepanz lässt zwei mögliche Erklärungen zu: erstens, dass in Wirklichkeit sehr viel weniger Material in das Schwarze Loch hineinfällt, als ins Innere des Bondi-Radius strömt, und zweitens, dass die Umwandlung von Energie in Strahlung sehr viel weniger effizient ist, als man bisher annahm. Folgt man verschiedenen Modellen, die den Materialfluss in das Schwarze Loch beschreiben, so ergeben sich unterschiedliche Voraussagen dazu, wie schnell sich die Dichte des Gases steigert, wenn es sich dem Schwarzen Loch annähert. Das Team hofft nun auf zukünftige noch genauere Beobachtungen des Röntgensatelliten Chandra, die den Astronomen dann die nötigen Daten liefern sollen, um einige dieser Modelle auszuschließen.Weitere Informationen finden Sie unter: Chandra-Website der NASA: http://www.nasa.gov/chandra
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