(NASA/JPL-Caltech) Schwarze Löcher leuchten nicht – tatsächlich sind sie dafür bekannt, dass sie das Gegenteil bewirken. Aber wenn sie aktiv Material aus dem Raum um sie herum verschlingen, kann dieses Material wie eine Milliarde Röntgensonnen strahlen.
Und zum ersten Mal haben Astronomen nun gesehen, wie dieses Feuer auf mysteriöse Weise erloschen ist, bevor es allmählich wieder hell wurde.
Das Supermassive schwarzes Loch ist ein Biest mit 19 Millionen Sonnenmassen, das einen 275 Millionen Lichtjahre entfernten galaktischen Kern in einer Galaxie namens 1ES 1927+654 antreibt.
Über einen Zeitraum von nur 40 Tagen beobachteten Astronomen, wie die Helligkeit seiner Korona völlig abnahm, bevor sie wieder anstieg und heller als zuvor leuchtete.
„Wir gehen davon aus, dass so große Leuchtkraftveränderungen über Zeitskalen von vielen tausend bis Millionen Jahren variieren sollten.“ sagte die Physikerin Erin Kara des Massachusetts Institute of Technology (MIT).
„Aber bei diesem Objekt haben wir gesehen, dass es sich im Laufe eines Jahres um den Faktor 10.000 verändert hat, und innerhalb von acht Stunden sogar um den Faktor 100, was einfach völlig unbekannt und wirklich verblüffend ist.“
Die Umgebung eines Schwarzen Lochs besteht aus mehreren Komponenten. Da ist der Ereignishorizont; Das ist der berühmte „Point of no Return“, an dem nicht einmal die Lichtgeschwindigkeit ausreicht, um Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen. Ein aktives Schwarzes Loch hat auch eine Akkretionsscheibe, eine riesige Materialscheibe, die in das Objekt hineinwirbelt, wie Wasser, das einen Abfluss umkreist.
Und direkt außerhalb des Ereignishorizonts eines aktiven Schwarzen Lochs, am inneren Rand der Akkretionsscheibe, befindet sich die Korona.
Dabei handelt es sich um eine Region glühend heißer Elektronen, die vermutlich vom Magnetfeld des Schwarzen Lochs angetrieben werden und wie ein Synchrotron wirken, um die Elektronen auf so hohe Energien zu beschleunigen, dass sie im Röntgenwellenlängenbereich hell leuchten.
Astronomen bemerkten zum ersten Mal etwas Seltsames in 1ES 1927+654 im Jahr 2018, als die All-Sky Automated Survey for Super-Novae (ASASSN) – eine automatisierte Durchmusterung, die nach hellen Lichtblitzen am gesamten Himmel sucht – einen unglaublich hellen Flare von der Galaxie auffing Galaxie, 40-fache ihrer normalen Helligkeit.
Dies erregte die Aufmerksamkeit der Astronomen und sie richteten eine Reihe von Teleskopen auf die Galaxie, um mehr herauszufinden. Eine Zeit lang war alles ganz normal – doch dann, etwa 160 Tage nach dem Ausbruch, begann der Kern von 1ES 1927+654 schwächer zu werden. Über einen Zeitraum von 40 Tagen wurde das Röntgenlicht völlig ausgelöscht.
„Nachdem ASSASN diesen riesigen, verrückten Ausbruch erlebt hatte, sahen wir zu, wie die Korona verschwand.“ Sagte Kara . „Es wurde nicht mehr nachweisbar, was wir noch nie zuvor gesehen haben.“
Doch dann begann die Helligkeit wieder stetig anzusteigen. 300 Tage nach dem ersten Ausbruch leuchtete der Kern der Galaxie fast 20-mal heller als vor dem ersten Ereignis.
„Normalerweise sehen wir solche Variationen bei der Ansammlung von Schwarzen Löchern einfach nicht.“ sagte der Astrophysiker Claudio Ricci von der Diego Portales University in Chile und Hauptautor der Studie.
„Es war so seltsam, dass wir zuerst dachten, dass vielleicht etwas mit den Daten nicht stimmte.“ Als wir sahen, dass es echt war, war es sehr aufregend. Aber wir hatten auch keine Ahnung, womit wir es zu tun hatten; „Niemand, mit dem wir gesprochen haben, hatte so etwas gesehen.“
Astronomen sind sich nicht ganz sicher, wie Koronen von Schwarzen Löchern erzeugt und angetrieben werden. Aber wenn es, wie vermutet, etwas mit den Magnetfeldern des Schwarzen Lochs zu tun hat, dann könnten die dramatischen Veränderungen, die im Schwarzen Loch von 1ES 1927+654 beobachtet wurden, durch etwas verursacht worden sein, das diese Magnetfelder stört.
Wir wissen, dass sich Schwarze Löcher ziemlich schnell verändern können, wenn sie einen Stern einfangen und verschlingen, der sich nur ein wenig zu nahe wagt. Der Stern wird in einem Prozess, der als Gezeitenstörung bezeichnet wird, auseinandergerissen, wobei er einen hellen Lichtstrahl ausstößt, bevor er über den Ereignishorizont hinausgeschleudert wird, um seinem mysteriösen Schicksal zu begegnen.
Und wenn ein außer Kontrolle geratener Stern zufällig auf das Schwarze Loch von 1ES 1927+654 stößt, könnten die Ereignisse zu den beobachteten Veränderungen in der Röntgenstrahlung passen. Zunächst wird der Stern durch die Gezeiten gestört, was den ersten Aufflackern verursacht. Dann könnten Trümmer des Sterns das Magnetfeld des Schwarzen Lochs vorübergehend gestört haben, woraufhin es sich wieder aufbaute, als der Raum um das Schwarze Loch wieder in einen normaleren Zustand zurückkehrte.
Und das könnte ein wichtiger Hinweis für das Verständnis des Radius sein, in dem ein Magnetfeld die Korona eines Schwarzen Lochs kontrolliert.
„Das sagt uns, dass, wenn die gesamte Aktion innerhalb dieses Gezeitenstörungsradius stattfindet, die Magnetfeldkonfiguration, die die Korona stützt, innerhalb dieses Radius liegen muss.“ Sagte Kara .
„Das bedeutet, dass bei jeder normalen Korona die Magnetfelder innerhalb dieses Radius für die Entstehung einer Korona verantwortlich sind.“
Wenn ein Stern für das Ereignis verantwortlich war, berechnete das Team, dass die Gezeitenstörung innerhalb von vier Lichtminuten vom Zentrum des Schwarzen Lochs aufgetreten sein musste, etwa in der Hälfte der Entfernung zwischen der Erde und der Sonne.
Es könnte aber auch einen anderen Grund für die Lichtshow geben.
Wir wissen, dass die Helligkeit von Koronen Schwarzer Löcher variieren kann, obwohl dies im Allgemeinen über viel längere Zeiträume geschieht. Es ist möglich, dass das in 1ES 1927+654 beobachtete extreme Verhalten eigentlich auch ein ziemlich normales Verhalten ist – wir haben es nur bisher noch nicht entdeckt.
„Dieser Datensatz birgt viele Rätsel“ Sagte Kara . „Aber das ist aufregend, denn es bedeutet, dass wir etwas Neues über das Universum lernen.“ „Wir denken, dass die Sternhypothese gut ist, aber ich denke auch, dass wir dieses Ereignis noch lange analysieren werden.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe .