Ein Schwarzes Loch kann Gas in seiner Umgebung anziehen. Diese Materie fällt normalerweise nicht direkt hinein: Sie bildet eine Scheibe, erhitzt sich und verliert allmählich Energie, bevor sie sich weiter annähert. Ein Teil kann auch in Form von Jets oder anderen schnellen Ausströmen in den Weltraum zurückgeschleudert werden. Doch wann diese Ausströmungen bei riesigen Schwarzen Löchern auftreten, war bislang schwer vorherzusagen.
Das Problem liegt vor allem in der Zeit. Rund um supermassereiche Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien kann sich die Versorgung über Tausende von Jahren erstrecken. Astronomen haben daher punktuelle Ereignisse untersucht: die Zerstörung eines Sterns, der einem Schwarzen Loch zu nahe kommt.
Künstlerische Darstellung eines Sterns, der durch die Gezeitenkräfte eines supermassereichen Schwarzen Lochs in die Länge gezogen und zerrissen wird.
Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser
In diesem Szenario zerreißt die Anziehungskraft des Schwarzen Lochs den Stern. Ein Teil seiner Materie bildet daraufhin eine neue Scheibe um das Schwarze Loch. Ihre Entwicklung vollzieht sich über einige Jahre, sodass Astronomen die Veränderungen beobachten können. Adelle Goodwin und Andrew Mummery haben diese Ereignisse anhand von Beobachtungen im sichtbaren Licht, im Ultraviolett, in Röntgenstrahlung und in Radiowellen untersucht.
Die Forschenden trugen zunächst zwanzig Sternzerstörungen zusammen und wählten anschließend zehn ausreichend gut beobachtete Fälle aus. So konnten sie die Menge an Materie abschätzen, die das Schwarze Loch im Laufe der Zeit aufnahm, und bestimmen, wann Materieausströmungen aufgetreten waren.
Zwei Zeiträume lassen sich unterscheiden. Der erste tritt sehr früh auf, wenn das Schwarze Loch enorme Mengen an Materie aufnimmt. Der zweite folgt deutlich später, manchmal Hunderte oder Tausende von Tagen nach der Zerstörung des Sterns. Zu diesem Zeitpunkt ist seine Versorgung stark zurückgegangen.
Hier fanden die Forschenden einen gemeinsamen Wert. Diese zweite Ausströmung tritt auf, wenn das Schwarze Loch etwa 2 % eines Referenzwerts erreicht, der als Eddington-Grenze bezeichnet wird. Diese Grenze entspricht dem Punkt, an dem der durch die Strahlung erzeugte Druck die auf die umgebende Materie wirkende Anziehungskraft ausgleichen kann.
Eine Schwelle von etwa 2 % war bereits für deutlich kleinere Schwarze Löcher bekannt, die nach dem Tod eines Sterns entstehen. Trotz des enormen Massenunterschieds scheinen die beiden Gruppen ihr Verhalten also bei derselben relativen Versorgung zu ändern. Demnach könnte eine gemeinsame physikalische Regel den Start dieser Jets bestimmen.
Diese Regelmäßigkeit liefert Astronomen zudem ein neues Werkzeug. Indem sie den Rückgang der Versorgung nach der Zerstörung eines Sterns verfolgen, können sie vorhersagen, wann ein verzögert auftretender Jet am wahrscheinlichsten erscheint. Radioobservatorien können dann für den Zeitpunkt geplant werden, an dem die Chancen für den Nachweis dieser Emission am höchsten sind.