Falsch ausgerichtete Gasscheiben können schwarze Löcher überfüttern

Britische Wissenschaftler haben erstmals beobachtet, dass Gas mit 30% der Lichtgeschwindigkeit in ein Schwarzes Loch fällt, was die These stützt, dass falsch ausgerichtete Gasscheiben um Schwarze Löcher dazu führen können, dass Material direkt in das Raum-Zeit-Ereignis fällt. Dabei werden enorme Energiemengen freigesetzt.

Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs, umgeben von einer traditionell ausgerichteten Akkretionsscheibe

Das Team unter der Leitung von Professor Ken Pounds von der University of Leicester verwendete Daten des Röntgenobservatoriums XMM-Newton der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), um das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie PG211 + 143 zu beobachten. Die Ergebnisse erscheinen in der neuesten Ausgabe der wissenschaftlichen Zeitschrift Monthly Notices der Royal Astronomical Society.

"Die Galaxie, die wir mit XMM-Newton beobachteten, hat ein 40-Millionen-Sonnenmassen-Schwarzes Loch, das sehr hell und offensichtlich gut gespeist ist", sagte Professor Pounds . Während solche Winde jetzt in vielen aktiven Galaxien zu finden sind, hat PG1211 + 143 jetzt eine weitere „Premiere“ gebracht, bei der Materie direkt in das Loch selbst eindringt. “

„Wir konnten einem erdgroßen Stoffklumpen etwa einen Tag lang folgen, als er auf das Schwarze Loch zugezogen und auf ein Drittel der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wurde, bevor er vom Loch verschluckt wurde.“, Fuhr Pound fort.

Künstlerische Darstellung des XMM-Newton-Röntgenteleskops (ESA)

Die Ergebnisse sind von besonderem Interesse, da das Verschlucken von Materie durch schwarze Löcher durch Akkretion die effizienteste Methode zur Energiegewinnung aus Materie ist. Zum Beispiel, wenn man die Anreicherung eines Schwarzen Lochs mit der häufigsten Form der Kernfusionsreaktion im Universum vergleicht, nämlich der Verbrennung von Wasserstoff. Wir stellen fest, dass bei der Verbrennung von Wasserstoff etwa 0,7% der in der Materie enthaltenen Energie freigesetzt werden. Dies wird mit einer Akkretionseffizienz von ungefähr bis zu 50% für bestimmte nicht rotierende (Kerr) Schwarze Löcher verglichen. Diese Energie wird als Wärme und Licht freigesetzt.

Es wird allgemein angenommen, dass das Zentrum aller Galaxien, einschließlich unseres eigenen, in seinem Zentrum ein supermassives Schwarzes Loch enthält. Die Energieeffizienz des Akkretionsprozesses bedeutet, dass diese Objekte, die als aktive galaktische Kerne (AGN) oder Quasare bezeichnet werden, die leuchtendsten Objekte im Universum sind, wenn sie von genügend Materie umgeben sind, um verbraucht zu werden.

Eine falsch ausgerichtete Scheibe um ein supermassereiches Schwarzes Loch (Pounds, Nixon, et al.)

Aufgrund der Kompaktheit der Schwarzen Löcher und des Gesetzes zur Erhaltung des Drehimpulses bewegt sich dieses Gas normalerweise zu schnell, um direkt in das Schwarze Loch zu fallen, und bildet stattdessen eine Akkretionsscheibe um das Objekt. Es sind die massiven Reibungskräfte innerhalb des Gases, ein Produkt des massiven Gravitationseffekts des Schwarzen Lochs, das eine Umgebung schafft, die gewalttätig genug ist, um eine solche effektive Energiefreisetzung zu erreichen.

Diese Ergebnisse zeigen, dass es Fälle gibt, in denen Gas und andere Stoffe direkt in ein Schwarzes Loch fallen können.

Es wurde allgemein angenommen, dass diese Akkretionsscheiben mit der Rotationsebene des Schwarzen Lochs ausgerichtet sind. Diese neue Erkenntnis wirft ein Licht auf die möglichen Auswirkungen einer falsch ausgerichteten Akkretionsscheibe, insbesondere auf die Geschwindigkeit, mit der die Materie auf die Oberfläche des Schwarzen Lochs fällt.

Professor Pound und sein Team untersuchten die Röntgenspektren der Galaxie PG211 + 143, einer eine Milliarde Lichtjahre entfernten Seyfert-Galaxie in Richtung des Sternbilds Coma Berenices vom XMM-Newton-Observatorium.

Die Forscher stellten fest, dass die Spektren stark rotverschoben waren, was darauf hindeutete, dass sie mit etwa 30% der Lichtgeschwindigkeit, also etwa 100.000 Kilometer pro Sekunde, in das Schwarze Loch fielen. Es wurde festgestellt, dass das Gas fast direkt in das Schwarze Loch einspeist, wahrscheinlich aufgrund seiner Nähe zu seinem Ereignishorizont - dem Punkt, an dem nichts, einschließlich Licht, aus dem Schwarzen Loch austreten kann.

Diese Beobachtung verleiht den theoretischen Entwicklungen, die auch von der Universität Leicester stammen und durch den Einsatz der Dirac-Supercomputer-Anlage zur Simulation des „Reißens“ von falsch ausgerichteten Akkretionssystemen erzielt wurden, Glaubwürdigkeit. Diese Forschung hat gezeigt, dass Gasringe abbrechen und miteinander kollidieren können, wodurch Stöße verursacht werden und ihre Rotation aufgehoben wird, wodurch sie direkt in das Schwarze Loch fallen können.

Die Forschung impliziert auch, dass "chaotische Anreicherung" von falsch ausgerichteten Scheiben bei supermassiven Schwarzen Löchern durchaus üblich sein kann. Dies mag erklären, warum die im frühen Universum gebildeten Schwarzen Löcher so außergewöhnlich groß wurden. Schwarze Löcher, die Materie direkt auf diese Weise aufnehmen, würden sich langsamer drehen und in der Lage sein, mehr Gas aufzunehmen und ihre Masse schneller als bisher angenommen zu vergrößern.

Originalforschung hier verfügbar.

Bemerkungen

Ursprünglich veröffentlicht bei sciscomedia.co.uk am 23. September 2018.