Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs, das sich von Umgebungsgas ernährt. (DAS) Schwarze Löcher sind kosmische Objekte von solch furchterregender Dichte, dass nicht einmal Licht ihren extremen Gravitationseinflüssen entkommen kann. Aber nur weil sie unsichtbar sind, heißt das nicht, dass wir keine Möglichkeiten finden, sie zu beobachten.
Diesmal haben Astronomen die Konturen eines supermassereichen Wirbels in der Muttergalaxie kartiert IRAS 13224-3809 , gefunden im Sternbild Centaurus, etwa 1 Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt.
Um dies zu erreichen, stützten sich die Forscher auf die längsten Beobachtungen einer Akkretion, die jemals beobachtet wurden schwarzes Loch vom Röntgenobservatorium XMM-Newton der Europäischen Weltraumorganisation (ESA).
So funktioniert die Akkretion: Wenn Materie im Weltraum in Richtung eines Schwarzen Lochs gezogen wird, erreicht sie so hohe Geschwindigkeiten, dass sich die spiralförmig hineinströmende Materie auf Temperaturen im Millionen-Grad-Bereich (und sogar noch heißer) erwärmt.
Dieser überhitzte Wirbel erzeugt Strahlung, die von Weltraumteleskopen erfasst werden kann, wenn Röntgenstrahlen in der Nähe des Mahlstroms kollidieren und von Gaspartikeln abprallen.
Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs, das sich von Umgebungsgas ernährt, mit Koronaschwankungen. (ESA)
Das Beobachten dieser Interaktionen ist laut Wissenschaftlern vergleichbar mit der Art und Weise, wie wir das Echo von Stimmen in einer Kammer hören können – und auf die gleiche Weise, wie Schallnachhall uns über die Form und Struktur von 3D-Räumen informieren kann, können auch „Lichtechos“ Aufschluss geben die unsichtbare Form supermassereicher Schwarzer Löcher.
„Auf ähnliche Weise können wir beobachten, wie sich Echos von Röntgenstrahlung in der Nähe eines Schwarzen Lochs ausbreiten, um die Geometrie einer Region und den Zustand eines Materieklumpens abzubilden, bevor dieser in der Singularität verschwindet.“ erklärt Astrophysiker William Alston von der University of Cambridge.
„Es ist ein bisschen wie eine kosmische Echoortung.“
Die Technik heißt Röntgen Nachhall-Mapping , ist nicht neu, aber es entwickelt sich weiter . Die Lichtechomesswerte von Alston und seinem Team stammten aus mehr als 23-tägigen Beobachtungen durch den Weltraum in das Herz von IRAS 13224-3809, die während 16 Raumsondenumrundungen von 2011 bis 2016 erfasst wurden.
Künstlerische Darstellung von XMM-Newton. (ESA/D. Ducros)
Dabei sahen sie etwas, was sie nicht erwartet hatten: Die Korona des Schwarzen Lochs – eine Region aus superheißen Elektronen, die über der Akkretionsscheibe des Objekts schwebte – flammte im Laufe der Zeit dramatisch auf und ihre Helligkeit veränderte sich innerhalb nur weniger Stunden um den Faktor 50 .
„Wenn sich die Größe der Korona ändert, ändert sich auch das Lichtecho – ein bisschen so, als würde sich die Decke einer Kathedrale auf und ab bewegen und so den Klang des Echos Ihrer Stimme verändern.“ sagt Alston .
„Durch die Verfolgung der Lichtechos konnten wir diese sich verändernde Korona verfolgen und – was noch aufregender ist – viel bessere Werte für die Masse und den Spin des Schwarzen Lochs erhalten, als wir hätten bestimmen können, wenn sich die Größe der Korona nicht verändert hätte.“
Auch wenn dieser Blick auf das supermassereiche Schwarze Loch von IRAS 13224-3809 hinsichtlich der Kartierungsdetails beispiellos sein mag, wird der Ausnahmezustand dieser Leistung möglicherweise nicht lange anhalten.
Die Forscher hoffen nun, mit derselben Methode die Physik schwarzer Löcher in vielen anderen entfernten Galaxien untersuchen und kartieren zu können. Hunderte supermassereicher Schwarzer Löcher sind bereits in Reichweite von XMM-Newtons langem Blick, und noch mehr werden in Sichtweite kommen, wenn die Der Athena-Satellit der ESA wird gestartet (geplant für 2031).
Es bleibt abzuwarten, was uns all diese sich drehenden Wirbel genau sagen werden, aber es sieht auf jeden Fall so aus, als stünden wir hier kurz vor einigen unglaublichen Entdeckungen.
„Diese Arbeit zeigt ziemlich deutlich, dass die Zukunft der Erforschung von Schwarzen Löchern stark davon abhängt, wie sie sich unterscheiden.“ sagt der Astronom Matthew Middleton von der University of Southampton im Vereinigten Königreich.
„Dies wird im Mittelpunkt einer Reihe neuer Missionen stehen, die in den nächsten zehn Jahren gestartet werden und ein neues Zeitalter des Verständnisses dieser exotischen Objekte einläuten werden.“
Über die Ergebnisse wird berichtet Naturastronomie .