Künstlerische Darstellung einer Akkretionsscheibe eines Schwarzen Lochs. (NOIRLab/AURA/NSF/P. Marenfeld) Lichtechos, die von dicken Materialwolken rund um das Aktive reflektiert werden Schwarze Löcher helfen Astronomen, die verrückte Raumzeit in unmittelbarer Nähe dieser extremen Objekte besser zu verstehen.
In der Milchstraße haben Astronomen gerade acht neue Beispiele dieser widerhallenden Schwarzen Löcher identifiziert. Zuvor waren in unserer Galaxie nur zwei davon identifiziert worden.
Die Tatsache, dass so viele Menschen so nah an ihrem Wohnort sind, ermöglicht eine viel genauere Untersuchung dieser faszinierenden Objekte und die einzigartigen Einblicke, die sie bieten können schwarzes Loch Physik.
Schwarze Löcher mit stellarer Masse – solche, die durch den Kollaps eines massiven Sternkerns entstanden sind – kommen in der Milchstraße vermutlich recht häufig vor.
Es gibt bis zu eine Milliarden der Dinge Sie treiben durch die Galaxie, sind aber ziemlich schwer zu entdecken. Bisher haben wir nur wenige identifiziert . Denn wenn sie nicht aktiv sind, geben sie keine Strahlung ab, die wir wahrnehmen können. Sie sind praktisch unsichtbar.
Wenn Schwarze Löcher jedoch aktiv sind, sieht das anders aus. Ein aktives Schwarzes Loch ist eines, das etwas in seinem Gravitationsnetz gefangen hat und es nach und nach verschlingt.
Das Material bildet eine Akkretionsscheibe aus Staub und Gas, die um das Schwarze Loch wirbelt und in dieses hineinfällt, ähnlich wie Wasser, das kreist und in einem Abfluss hinunterrutscht. Die wahnsinnigen Reibungs- und Gravitationswechselwirkungen erzeugen intensive Hitze und Licht, was die Region um das Schwarze Loch zum Leuchten bringt.
Auch in seltenen Schwarzen Löchern können wir ein faszinierendes Phänomen beobachten. Hin und wieder flackert die Region knapp innerhalb des Randes der Akkretionsscheibe, die einem aktiven supermassereichen Schwarzen Loch am nächsten ist, hell auf – wenn dieser Lichtblitz den Staub erreicht, wird er zurückreflektiert – ein Echo.
Unter der Leitung des Astrophysikers Jingyi Wang vom MIT nutzte ein Forscherteam ein neues automatisiertes Tool namens Reverberation Machine, um alle Archivdaten der NASA zu durchsuchen SCHÖNER Röntgenobservatorium auf der Suche nach den verräterischen Anzeichen von Echos von Schwarzen Löchern.
Bei dieser Suche wurden acht Systeme entdeckt – Doppelsternsysteme mit einem Schwarzen Loch und einem Doppelstern als Begleitstern, der nach und nach vom Schwarzen Loch abgestreift und verschlungen wird.
„Wir sehen neue Signaturen des Nachhalls in acht Quellen“ Wang sagt . „Die Masse der Schwarzen Löcher reicht von der fünf- bis 15-fachen Masse der Sonne und sie befinden sich alle in Doppelsternsystemen mit normalen, sonnenähnlichen Sternen geringer Masse.“
Obwohl selten, können diese Echos viel über die Umgebung eines Schwarzen Lochs verraten. Das Licht kann sowohl vom ersten Ausbruch als auch vom Echo analysiert werden, um den Raum zwischen dem Schwarzen Loch und dem Staub zu messen, ähnlich wie eine Fledermaus die Echoortung nutzt, um in ihrer Umgebung zu navigieren.
Echos von Schwarzen Löchern können auch verwendet werden, um zu untersuchen, wie sich die Korona eines Schwarzen Lochs und die Akkretionsscheibe verändern, wenn das Schwarze Loch „vordringt“. Die Korona ist der Bereich glühend heißer Elektronen zwischen dem Innenrand der Akkretionsscheibe und dem Ereignishorizont.
Als nächstes analysierte das Team die zehn röntgenstrahlenemittierenden Binärsysteme und teilte die Daten in Gruppen mit ähnlichen Zeitverzögerungen zwischen dem ersten Röntgenstrahl und dem reflektierten Licht ein. Dies ermöglichte es ihnen, die Veränderungen in den Röntgenechos zu verfolgen und ein allgemeines Bild davon zu entwickeln, wie sich das Schwarze Loch während eines Röntgenausbruchs verändert.
Zunächst befindet sich das Schwarze Loch zunächst in einem „harten“ Zustand, erzeugt eine Korona und stößt aus den Regionen über seinen Polen schnelle Plasmastrahlen aus. Wenn diese Prozesse das Energieprofil des Schwarzen Lochs dominieren, sind die Zeitintervalle zwischen den Röntgenausbrüchen und ihren Echos kurz und liegen im Millisekundenbereich.
Dieser Zustand hält einige Wochen an, bevor er sich in einen „weichen“ Zustand beruhigt, der von energieärmeren Röntgenstrahlen aus der Akkretionsscheibe dominiert wird. Während dieses Übergangs verlängern sich die Zeitintervalle zwischen den Bursts und den Echos.
Da die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, deutet diese wachsende Zeitverzögerung darauf hin, dass sich der Abstand zwischen der Korona und der Scheibe vergrößert.
Das Team geht davon aus, dass dies bedeuten könnte, dass sich die Korona nach oben und außen ausdehnt, wenn die Nahrungsaufnahme nachlässt und das Schwarze Loch ruhiger wird, bis der nächste Nahrungsrausch Materie von seinem stellaren Begleiter abzieht.
Es ist noch nicht ganz klar, aber die Ergebnisse haben nicht nur Auswirkungen auf das Verständnis dieser kleinen Arten von Schwarzen Löchern, sondern auch auf die supermassereichen Giganten, die in den Kernen von Galaxien zu finden sind. Dies wiederum könnte uns helfen, die Entwicklung des Universums besser zu verstehen.
„Die Rolle von Schwarzen Löchern bei der Galaxienentwicklung ist eine herausragende Frage der modernen Astrophysik“, sagt die Physikerin Erin Kara vom MIT, der daran arbeitet, Echos von Schwarzen Löchern in Schall umzuwandeln, wie im obigen Video zu sehen ist.
„Interessanterweise scheinen diese Doppelsterne von Schwarzen Löchern supermassive Schwarze Löcher im Miniformat zu sein. Wenn wir also die Ausbrüche in diesen kleinen, nahegelegenen Systemen verstehen, können wir verstehen, wie sich ähnliche Ausbrüche in supermassereichen Schwarzen Löchern auf die Galaxien auswirken, in denen sie sich befinden.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal .