Ein supermassereiches Schwarzes Loch hat Astronomen auf eine völlig neue Art des Verhaltens eines Schwarzen Lochs aufmerksam gemacht.
Im Jahr 2020 brach plötzlich ein zuvor ruhiges Schwarzes Loch im Herzen einer etwa 800 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernten Galaxie mit einer Masse von 50 Millionen Sonnen aus und erhellte die es umgebende Materie um den Faktor 1.000.
Ein Forscherteam geht davon aus, dass diese periodischen Explosionen durch ein zweites, kleineres Schwarzes Loch verursacht werden, das mit einer Scheibe aus Gas und Staub oder einer „Akkretionsscheibe“ kollidiert, die das supermassereiche Schwarze Loch umgibt, was zu wiederholten „Schluckauf“ der Materie führt.
Die Ergebnisse stellen das traditionelle Bild der Funktionsweise von Akkretionsscheiben Schwarzer Löcher in Frage. Bisher dachten Wissenschaftler, es handele sich um gleichmäßige Scheiben aus Gas und Staub, die ein zentrales Schwarzes Loch umkreisen. Die neuen Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass einige Akkretionsscheiben exotische Komponenten wie Sterne und noch kleinere sekundäre Schwarze Löcher enthalten könnten.
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„Das ist ein anderes Biest. Es passt nicht zu allem, was wir über diese Systeme wissen. Wir dachten, wir wüssten viel über Schwarze Löcher, aber das zeigt uns, dass sie eine Menge Dinge tun können“, sagte Dheeraj, Mitglied des Studienteams . Das sagte DJ Basham, Wissenschaftler am Kavli-Institut für Astrophysik und Weltraumforschung des MIT, in einer Erklärung.
„Wir glauben, dass es noch viele weitere Systeme dieser Art geben wird. Wir müssen nur mehr Daten sammeln, um sie zu finden“, fügte Basham hinzu.
Jagd auf ein „anderes Biest“-Schwarzlochsystem.
Das Team wurde ursprünglich über dieses Schwarze Loch informiert, als es Daten des Automated All-Sky Survey for Supernovas (ASAS-SN) untersuchte, einem Netzwerk von 20 Teleskopen auf der ganzen Welt, das einmal täglich den gesamten Himmel über der Erde scannt.
Während ASAS-SN im Dezember 2020 automatisch den Himmel abtastete, sahen die Roboterteleskope einen Lichtausbruch in einer bis dahin ruhigen Himmelsregion, in der sich eine etwa 800 Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie befand. Basham verfolgte diesen Flare mit dem Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), dem Röntgenteleskop der NASA auf der Internationalen Raumstation (ISS).
Basham hatte nur kurze Zeit Zeit, das Teleskop auf der Internationalen Raumstation zu nutzen, mit dem das Universum nach Röntgenausbrüchen von Neutronensternen, Schwarzen Löchern und anderen extremen Gravitationsphänomenen abgesucht wird, was bedeutete, dass er schnell handeln und zugreifen musste glücklich.
„Es ging darum, es zu nutzen oder zu verlieren, und es stellte sich heraus, dass es mein Glück war“, sagte Basham.
Der Forscher sah, dass diese Galaxie weiterhin leuchtet, da ihre Explosion etwa vier Monate lang andauerte. Bei NICER-Beobachtungen dieses Flares entdeckte Basham alle 8,5 Tage ein seltsames Muster winziger Einbrüche in der Röntgenstrahlung und der Explosionsenergie. Das Signal ähnelt fast einem Lichtabfall, der dadurch verursacht wird, dass ein Exoplanet die Oberfläche seines Sterns durchquert oder „kreuzt“, wodurch das Sternenlicht kurzzeitig blockiert wird.
„Ich war verwirrt darüber, was das bedeutete, denn dieses Muster passt zu nichts, was wir über diese Systeme wissen“, fügte Basham hinzu.
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Bashams Verwirrung wurde gemildert, als er Forschungsergebnisse fand, die darauf hindeuteten, dass ein supermassereiches Schwarzes Loch im Herzen einer Galaxie von einem Schwarzen Loch mittlerer Masse umkreist werden könnte, einem Schwarzen Loch mit einer Masse zwischen dem 100- und 10.000-fachen der Sonnenmasse.
Es ist möglich, dass dieses kleinere Schwarze Loch sein größeres Gegenstück auf eine Weise umkreist, die in die Akkretionsscheibe des supermassiven Schwarzen Lochs eindringt und sie wieder verlässt. Wenn dieses Gas und dieser Staub eindringen, setzt das kleinere Schwarze Loch eine Gaswolke frei. Bei jedem Tauchgang würde eine weitere Wolke entstehen, daher das zyklische Muster dieser „Schluckaufe“.
Wenn diese Wolken auf die Erde gerichtet sind, können sie als plötzlicher Energieabfall des betroffenen Systems wahrgenommen werden, da das Licht von der Akkretionsscheibe regelmäßig blockiert wird, genau wie das Sternenlicht von einem vorbeiziehenden Exoplaneten blockiert wird.
„Ich war von dieser Theorie so begeistert, dass ich ihnen sofort eine E-Mail schickte, in der ich sagte: ‚Ich denke, wir beobachten genau das, was Ihre Theorie vorhergesagt hat‘“, fügte Basham hinzu.
Dies veranlasste die Autoren dieser ersten Forschung, Simulationen unter Einbeziehung von NICER-Daten zu erstellen. Sie bestätigten, dass das 8,5 Tage lang beobachtete Signal wahrscheinlich das Ergebnis eines kleinen Schwarzen Lochs ist, das die Akkretionsscheibe seines größeren Schwarzloch-Begleiters durchdringt.
Was verursachte den Wirbelsturm des supermassiven Schwarzen Lochs? Jede Menge Spaghetti
Dies erklärt immer noch nicht, warum ein supermassereiches Schwarzes Loch plötzlich explodiert, sondern nur, warum diese Explosion periodisch nachlässt. Das Team geht davon aus, dass dieses Schwarze Loch dadurch entstanden ist, dass kürzlich ein Stern in die Nähe seiner äußeren Grenze oder seines „Ereignishorizonts“ gewandert ist.
Der massive Gravitationseinfluss eines supermassiven Schwarzen Lochs würde bei der Annäherung von Sternen enorme Gezeitenkräfte erzeugen, die sie vertikal ausdehnen und horizontal zerdrücken würden, ein Prozess, der „Spaghetti“ genannt wird. Dies würde den Stern bei einer Gezeitenstörung zerreißen, was zu einem starken Lichtausbruch und einem plötzlichen Materieaustritt führen würde, der die Akkretionsscheibe erhellt.
Im Fall der neu beobachteten Galaxie scheint die hinzugefügte Materie das supermassive Schwarze Loch vier Monate lang angetrieben zu haben, was der Dauer der Explosion entspricht, und bedeutet auch, dass das kleinere sekundäre Schwarze Loch, wenn es durch diese Materie taucht, nach oben schießt eine größere Materiewolke. Benzin als üblich.
„Wir sehen Hinweise darauf, dass Objekte in unterschiedlichen Winkeln durch die Scheibe eindringen, was das traditionelle Bild einer einfachen Gasscheibe um Schwarze Löcher in Frage stellt“, sagte Basham. „Wir glauben, dass es eine beträchtliche Anzahl dieser Systeme gibt.“
Richard Saxton ist Röntgenastronom vom Europäischen Zentrum für Weltraumastronomie in Madrid und war nicht an der Forschung beteiligt. Er sagte, die neuen Erkenntnisse und die Technologie, mit der sie gewonnen werden könnten, könnten Astronomen letztendlich dabei helfen, supermassereiche Schwarze Löcher und die seltsamen Umgebungen, in denen sie leben, besser zu verstehen.
„Dieses Ergebnis zeigt, dass ein sehr, sehr nahes binäres Schwarzes Loch in galaktischen Kernen häufig vorkommen könnte, was eine sehr aufregende Entwicklung für zukünftige Gravitationswellendetektoren darstellt“, sagte Saxton. Das sagte er in einer Erklärung. „Dies ist ein großartiges Beispiel dafür, wie Trümmer eines gescheiterten Sterns verwendet werden können, um das Innere eines galaktischen Kerns zu beleuchten, der sonst dunkel bleiben würde. Es ist, als würde man einen fluoreszierenden Farbstoff verwenden, um ein Leck in einem Rohr zu finden.“
Es war die Forschung des Teams veröffentlicht am Mittwoch (27. März) in der Zeitschrift Science Advances.
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