Das Konzept eines Schwarzlochstrahls ist nicht neu, aber wir müssen noch viel über die Partikelmischung in der Nähe lernen. Mithilfe des XMM-Newton-Observatoriums der ESA haben Astronomen ein Schwarzes Loch in unserer Galaxie untersucht und einige überraschende Ergebnisse erzielt.
Wie wir wissen, nehmen schwarze Löcher mit Sternenmasse Materialien von nahegelegenen Sternen auf. Materie von diesen Begleitsternen wird vom Elternkörper zum Schwarzen Loch weggezogen und strahlt eine Temperatur aus, die so intensiv ist, dass sie Röntgenstrahlen aussendet. Ein Schwarzes Loch nimmt jedoch nicht immer alles auf, was ihm in den Weg kommt. Manchmal lehnen sie kleine Teile dieser ankommenden Masse ab und schieben sie in Form eines Satzes mächtiger Jets weg. Diese Jets versorgen auch die Umgebung und setzen sowohl Masse als auch Energie frei. Sie berauben das Schwarze Loch des Treibstoffs.
Durch die Untersuchung der Jet-Zusammensetzung können Forscher besser bestimmen, was in ein Schwarzes Loch gelangt und was nicht. Durch Beobachtungen bei der Radiowellenlänge des elektromagnetischen Spektrums haben wir gesehen, wie Elektronen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit entlangkräuselten. Es ist jedoch nicht eindeutig geklärt, ob die negative Ladung der Elektronen durch ihre Antiteilchen, Positronen oder vielmehr durch schwerere positiv geladene Teilchen in den Jets wie Protonen oder Atomkerne ergänzt wird. " Mit der Kraft von XMM-Newton hatten Astronomen die Gelegenheit, ein Schwarzloch-Binärsystem namens 4U1630–47 zu untersuchen - ein Kandidat, von dem bekannt ist, dass er für Zeitabschnitte, die zwischen Monaten und Jahren andauern, unerwartete Röntgenausbrüche aufweist.
„Bei unseren Beobachtungen fanden wir Anzeichen für hochionisierte Kerne zweier schwerer Elemente, Eisen und Nickel“, sagt María Díaz Trigo vom Europäischen Südobservatorium in München, Hauptautorin des in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Papiers. "Die Entdeckung war eine Überraschung - und eine gute, da sie zweifelsohne zeigt, dass die Zusammensetzung von Schwarzloch-Jets viel reicher ist als nur Elektronen."
Im September 2012 beobachtete ein Team von Astronomen unter der Leitung von Dr. Díaz Trigo und Mitarbeitern 4U1630–47 mit XMM-Newton. Sie untermauerten ihre Beobachtungen auch mit nahezu gleichzeitigen Funkbeobachtungen aus dem Australia Telescope Compact Array. Obwohl die Studien innerhalb weniger Wochen nahe beieinander durchgeführt wurden, hätten die Ergebnisse unterschiedlicher nicht sein können.
Laut Trigos Team nahmen die ersten Beobachtungen Röntgensignaturen von der Akkretionsscheibe auf, aber es gab keine Aktivität im Radioband. Dies ist ein Indikator dafür, dass die Jets zu diesem Zeitpunkt nicht aktiv waren. In der zweiten Reihe von Beobachtungen gab es jedoch sowohl im Röntgen- als auch im Radiobereich Aktivität… die Jets waren wieder eingeschaltet! Bei der Untersuchung der Röntgendaten aus dem zweiten Satz fanden sie auch Eisenkerne in Bewegung. Diese Partikel bewegten sich sowohl auf XMM-Newton zu als auch von XMM-Newton weg - ein Beweis dafür, dass die Ionen Teil von Doppelstrahlen waren, die in entgegengesetzte Richtungen gerichtet waren. Das ist jedoch noch nicht alles. Es gab auch Hinweise darauf, dass Nickelkerne auf das Observatorium zeigten.
"Anhand dieser 'Fingerabdrücke' von Eisen und Nickel konnten wir zeigen, dass die Geschwindigkeit des Jets sehr hoch ist, etwa zwei Drittel der Lichtgeschwindigkeit", sagt Co-Autor James Miller-Jones vom Knotenpunkt der Curtin University des Internationales Zentrum für Radioastronomieforschung in Perth, Australien.
„Darüber hinaus bedeutet das Vorhandensein schwerer Atomkerne in Schwarzen Lochstrahlen, dass Masse und Energie in viel größeren Mengen als bisher angenommen vom Schwarzen Loch weggetragen werden, was sich auf den Mechanismus und die Geschwindigkeit des Schwarzen Lochs auswirken kann akkretiert Materie “, fügt Co-Autorin Simone Migliari von der Universität Barcelona, Spanien, hinzu.
Erstaunliche neue Erkenntnisse? Gut ja. Für ein typisches Schwarzes Loch mit Sternmasse ist dies das erste Mal, dass schwere Kerne in den Jets nachgewiesen wurden. Gegenwärtig gibt es nur „eine andere Röntgenbinärdatei, die ähnliche Signaturen von Atomkernen in ihren Jets zeigt - eine Quelle, die als SS 433 bekannt ist. Dieses Schwarzlochsystem zeichnet sich jedoch durch eine ungewöhnlich hohe Akkretionsrate aus, die macht es schwierig, seine Eigenschaften mit denen gewöhnlicher Schwarzer Löcher zu vergleichen. “ Durch diese neuen Beobachtungen von 4U1630–47 können Astronomen Informationslücken darüber schließen, was dazu führt, dass Jets in Akkretionsscheiben für Schwarze Löcher auftreten und was sie antreibt.
„Obwohl wir jetzt viel über Schwarze Löcher und ihre Umgebung wissen, ist die Bildung von Jets immer noch ein großes Rätsel. Diese Beobachtung ist daher ein wichtiger Schritt vorwärts, um dieses faszinierende Phänomen zu verstehen“, sagt Norbert Schartel, XMM-Newton der ESA Projektwissenschaftler.
Quelle der Originalgeschichte: Pressemitteilung der ESA.
