Jets, die aus einem supermassiven Schwarzen Loch ausbrechen. (ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al.; NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al.) Schwankendes Licht von a schwarzes Loch Die über 15 Jahre beobachtete Beobachtung hat mehr über die Art und Weise verraten, wie sich diese rätselhaften Objekte ernähren.
Zunächst bildet sich außerhalb des Ereignishorizonts eine Struktur namens Korona. Dann werden von den Polen starke Plasmastrahlen abgefeuert, die Material aus der Korona mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum in den interstellaren Raum schleudern.
Der Befund – verglichen mit dem rhythmischen Hämmern eines „ Herzschlag ' – löst eine lange offene Frage in der Schwarzlochwissenschaft.
„Es klingt logisch, aber es gibt seit zwanzig Jahren eine Debatte darüber, ob Corona und Jet einfach dasselbe seien“, erklärt der Astrophysiker Mariano Mendez der Universität Groningen in den Niederlanden.
„Jetzt sehen wir, dass sie nacheinander entstehen und der Jet aus der Korona folgt.“
Das betreffende Schwarze Loch ist Teil von GRS 1915+105 und befindet sich etwa 36.000 Lichtjahre von der Sonne entfernt. Es ist das, was wir einen Mikroquasar nennen – ein Schwarzes Loch mit Sternmasse, das in einem engen Doppelsystem mit einem anderen Objekt eingeschlossen ist und sich von diesem ernährt; im Fall von GRS 1915+105 handelt es sich um einen normalen Stern.
Da die beiden Objekte so nahe beieinander liegen, entzieht das Schwarze Loch dem Stern Material; Dieses Material bildet eine Scheibe um das Schwarze Loch, die nach und nach in das Schwarze Loch eindringt.
Das Gleiche sehen wir in größerem Maßstab auch bei Quasaren, bei denen es sich um galaktische Kerne handelt, die ein aktives supermassereiches Schwarzes Loch mit der millionen- bis milliardenfachen Masse der Sonne enthalten.
Das Schwarze Loch GRS 1915+105 hat nur die 12-fache Masse der Sonne, daher Mikroquasar; Trotzdem ist es einer der massereichsten Sterne überhaupt Schwarze Löcher in der Milchstraße bekannt.
Dieser Prozess erzeugt durch die Erwärmung der Scheibe und die komplizierte Umgebung um das Schwarze Loch viel Licht. Eine lichterzeugende Struktur ist die Korona zwischen dem Innenrand der Akkretionsscheibe und dem Ereignishorizont.
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.
Dann gibt es Jets. Es wird angenommen, dass diese aus Material bestehen, das entlang magnetischer Feldlinien außerhalb des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs in die Polarregionen beschleunigt wird, wo sie mit hoher Geschwindigkeit in den Weltraum geschleudert werden und Licht im Radiowellenlängenbereich aussenden.
Das denken jedenfalls Wissenschaftler. Der Raum um Schwarze Löcher ist so extrem, dass es schwierig ist, die ablaufenden Prozesse in den Griff zu bekommen.
Méndez und seine Kollegen wollten mehr darüber erfahren, wie die Jets beschleunigt und gestartet werden. Sie sammelten Röntgen- und Radiodaten des Mikroquasars, die zwischen 1996 und 2012 gesammelt wurden, und untersuchten sie sorgfältig auf Hinweise.
Ihre letzte Stichprobe bestand aus 410 gleichzeitigen Röntgen- und Radiobeobachtungen von GRS 1915+105. Dadurch konnten sie Veränderungen in beiden Lichtarten gleichzeitig beobachten. Sie fanden heraus, dass das Radio schwach ist, wenn das Röntgenlicht stark ist, und umgekehrt; und dass die Jets am stärksten sind, wenn die Korona am kleinsten ist.
Dies legt nahe, dass die Energie, die das Mikroquasarsystem antreibt, entweder auf die Röntgenkorona oder den relativistischen Jet gerichtet werden kann. Zusammen mit den Modellen der Lichtschwankungen des Systems gelangten die Forscher zu dem Schluss, dass sich die Korona zumindest in GRS 1915+105 offenbar in einen Jet verwandelt.
„Es war eine ziemliche Herausforderung, diesen sequentiellen Charakter zu demonstrieren“, sagte Mendez . „Wir mussten Daten von Jahren mit denen von Sekunden und von sehr hohen Energien mit denen von sehr niedrigen vergleichen.“
Als nächstes wird das Team versuchen, einige Kuriositäten zu erklären, die ihre Beobachtungen aufgedeckt haben. Sie stellten fest, dass die Röntgenkorona heller ist, als allein durch die Temperatur erklärt werden kann. Das bedeutet, dass möglicherweise etwas anderes im Spiel ist. Das Team geht davon aus, dass das Magnetfeld dafür verantwortlich sein könnte.
Die unterschiedliche Rotation des Schwarzen Lochs und der Akkretionsscheibe kann dazu führen, dass Magnetfelder verworren und chaotisch werden. Wenn das Magnetfeld chaotisch ist, so vermutet das Team, erwärmt sich die Korona; Wenn es wieder in Ordnung kommt, kann Material entweichen und so werden die Jets abgefeuert.
Und dieser Prozess sollte auch mit der Masse des Schwarzen Lochs skalieren, was uns helfen könnte, das Verhalten massiver Quasare zu verstehen.
'Grundsätzlich,' schreiben die Forscher „Die gleiche Energieübertragung auf den Jet und die Korona sollte in supermassereichen Schwarzen Löchern stattfinden und daher für den gesamten Bereich der Schwarzlochmassen in der Grundebene der Schwarzlochaktivität gelten.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturastronomie .