Schwarze Löcher, diese betörenden Singularitäten, die am Abgrund des Bekannten und des Unbekannten sitzen, überraschen uns immer wieder mit ihrem Verhalten. Wie Organisationen wie das Event Horizon Telescope deutlich gemacht haben, wissen wir nicht viel über die Löcher, und schlimmer noch, wir wissen nicht einmal, wie viel wir nicht wissen.
Jetzt haben Wissenschaftler ein neues Phänomen beobachtet, das zur Mystik des Schwarzen Lochs beiträgt: ein sich schnell drehendes Schwarzes Loch, das massive Plasmaklumpen ausstößt.
Das fragliche Schwarze Loch ist Teil eines binären Paares namens V404 Cygni. Das Schwarze Loch frisst seinen Begleitstern, saugt seine Masse in seine Akkretionsscheibe und schleudert dann Material über zwei Düsen aus. Dies ist nicht ungewöhnlich für ein Schwarzes Loch, obwohl nicht alle von ihnen Jets haben. Was jedoch ungewöhnlich ist, ist das Timing des von den Jets ausgestoßenen Materials. Anstelle eines stetigen Stroms tritt das Material in Klecksen aus.
V404 Cygni ist ungefähr 8.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Es wurde erstmals 1989 entdeckt, als es einen enormen Ausbruch von energiereichem Material und Strahlung ausstieß. Dann ruhte es 26 Jahre lang.
Dann, im Jahr 2015, flammte es wieder auf und der Satellit INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) konnte es in hochenergetischen Gammastrahlen untersuchen. Es wurde das hellste Objekt am Himmel in Gammastrahlen. Zu dieser Zeit sagte der INTEGRAL-Projektwissenschaftler Erik Kuulkers: „Das Verhalten dieser Quelle ist im Moment außergewöhnlich, mit wiederholten hellen Lichtblitzen auf Zeitskalen von weniger als einer Stunde, was in anderen Schwarzlochsystemen selten zu sehen ist.”
Was ist passiert?
Es ist nützlich zu sehen, wie schwarze Löcher wie dieses normalerweise funktionieren. Die massive Schwerkraft des Schwarzen Lochs zieht Material von seinem Begleitstern weg in seine Akkretionsscheibe. Die Akkretionsscheibe dreht sich, erwärmt das Material und lässt es „leuchten“. Ein Teil des Materials erreicht nie das Schwarze Loch und wird über Düsen emittiert.
Ein schneller Vorlauf bis jetzt, und eine neue Studie, die auf Daten basiert, die während des Ausbruchs 2015 von mehreren Observatorien gesammelt wurden, liefert eine Erklärung.
“Während des Ausbruchs beobachteten wir Details der Strahlemissionen, wenn Material mit sehr hoher Geschwindigkeit aus der Nähe des Schwarzen Lochs ausgestoßen wurde“, Sagt Simone Migliari, Astrophysikerin bei der ESA und Mitautorin des Papiers. „Wir können sehen, wie die Jets in einer Zeitspanne von weniger als einer Stunde in verschiedene Richtungen schießen, was bedeutet, dass sich die inneren Bereiche des Systems ziemlich schnell drehen.”
Ja, das Schwarze Loch frisst seinen Begleitstern und saugt das Material in seine Akkretionsscheibe. Und ja, ein Teil des Materials auf der Platte wird in Düsen ausgestoßen. Laut der Studie geschieht dies jedoch nur in Bursts, da das Schwarze Loch aus irgendeinem Grund mit seiner eigenen Akkretionsscheibe falsch ausgerichtet ist.
„Was bei V404 Cygni anders ist, ist, dass wir glauben, dass die Materialscheibe und das Schwarze Loch falsch ausgerichtet sind“, Sagt Associate Professor James Miller-Jones vom Internationalen Zentrum für Radioastronomieforschung (ICRAR) an der Curtin University in Australien, der der Hauptautor des neuen Papiers ist.
“Dies scheint dazu zu führen, dass der innere Teil der Scheibe wie ein sich verlangsamender Kreisel wackelt und Feuer in verschiedene Richtungen ausstrahlt, wenn sich die Ausrichtung ändert.”
Das Wackeln bedeutet, dass das Material nicht gleichmäßig in das Schwarze Loch fällt. Wenn es zu einem Ausbruch kommt, bedeutet dies, dass in kurzer Zeit eine große Menge Material in das Loch gefallen ist. Dies erhöht die Materialmenge in der Akkretionsscheibe und verursacht einen Energieausbruch.
INTEGRAL war ein wesentlicher Bestandteil dieser Studie, da es vier Wochen lang V404 Cygni beobachtete. Andere Observatorien konnten nur wenige Stunden beobachten. Die Beobachtungen von INTEGRAL ermöglichten es Wissenschaftlern, die Mechanik des Schwarzen Lochs, seine Geometrie und sein Energieniveau herauszufinden und die Verbindung zwischen einströmendem und ausströmendem Material herzustellen.
“Mit INTEGRAL konnten wir V404 Cygni vier Wochen lang ununterbrochen betrachten, während andere Hochenergiesatelliten nur kürzere Schnappschüsse machen konnten“, Sagt Erik Kuulkers, INTEGRAL-Projektwissenschaftler bei der ESA.
“Die Röntgendaten unterstütze ein Modell wo Der innere Teil der Akkretionsscheibe ist in Bezug auf den Rest des Systems geneigt, was höchstwahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass der Spin des Schwarzen Lochs in Bezug auf die Umlaufbahn des Begleitsterns geneigt ist“, Erklärt Simone.
Die Frage bleibt, warum es falsch ausgerichtet ist.
Es gibt nur einige vorläufige Vermutungen hinsichtlich der Ursache der Fehlausrichtung. Es könnte eine Supernova gewesen sein.
Da das Schwarze Loch selbst von einer Supernova erzeugt wurde, kann dieser anfängliche Tritt dazu geführt haben, dass das Loch und das innere Segment seiner Akkretionsscheibe falsch ausgerichtet sind. Das zeigen jedenfalls Simulationen.
“Die Ergebnisse würden in ein Szenario passen, das auch in neueren Computersimulationen untersucht wurde und in dem sich der Akkretionsfluss in der Nähe des Schwarzen Lochs und der Jets zusammen drehen kann", Sagt Kuulkers.
“Wir sollten eine ähnliche Dynamik in jedem stark akkretierenden Schwarzen Loch erwarten, dessen Spin nicht mit dem einströmenden Gas ausgerichtet ist, und wir müssen unterschiedliche Strahlneigungswinkel berücksichtigen, wenn wir Beobachtungen von Schwarzen Löchern im Universum interpretieren.”
Quellen:
- Forschungsarbeit: Eine sich schnell ändernde Strahlorientierung im Schwarzlochsystem VG404 Cygni mit Sternmasse
- Pressemitteilung: Ein spuckendes Schwarzes Loch
- INTEGRALE Mission der ESA
- Pressemitteilung: Monster Black Hole wacht nach 26 Jahren auf
