⚡ Überlastete Schwarze Löcher müssen zwischen zwei Aufgaben wählen

Schwarze Löcher werden in der populärwissenschaftlichen Literatur oft als kosmische Wesen beschrieben, die alles auf ihrem Weg verschlingen, doch sie unterliegen tatsächlich Einschränkungen.

Wissenschaftler haben kürzlich beobachtet, dass aktive Schwarze Löcher zwischen zwei verschiedenen Emissionszuständen wechseln. Die Abgabe eines hochenergetischen Plasmasjets fällt mit einer Schwächung der Emission von Sonnenwind und Röntgenstrahlen zusammen – und umgekehrt. Diese Oszillation erinnert an die Bewegung einer kosmischen Wippe und zeigt, dass diese Objekte nicht alle ihre Aktivitäten gleichzeitig ausführen können.


Das System 4U 1630-472 war Gegenstand dieser Studie. In diesem System sammelt ein Schwarzes Loch von etwa zehn Sonnenmassen Materie von einem Begleitstern an. Mithilfe des NASA-Instruments NICER auf der Internationalen Raumstation (ISS) und dem Radioteleskop MeerKAT konnte das Team dieses Phänomen über drei Jahre hinweg verfolgen. Diese Arbeit bestätigte, dass die Akkretionsscheibe, die aus der abgerissenen Materie besteht, stabil bleibt, während die Emissionen Schwankungen aufweisen.

Obwohl die entrissene Materie eine wirbelnde Scheibe um das Schwarze Loch bildet, wird ein Teil davon entweder als Wind oder als Jet ausgestoßen. Die Forscher beobachteten, dass diese beiden Emissionsarten niemals gleichzeitig auftreten – ein Zeichen für eine Rivalität um dieselbe Ressource. Für die Wissenschaftler deutet dies auf einen internen Mechanismus hin, bei dem Jets und Winde um die verfügbare Energie konkurrieren und so die Dynamik des Systems verändern.

Trotz dieses Wechsels bleibt die insgesamt ausgestoßene Menge an Energie und Masse auf einem konstanten Niveau. Diese Beständigkeit lässt auf einen Selbstregulationsmechanismus schließen, durch den das Schwarze Loch ein Gleichgewicht in seinen Emissionen wahrt, wahrscheinlich unter dem Einfluss der Anordnung der Magnetfelder innerhalb der Scheibe. Den Autoren der Studie zufolge bestimmt nicht die Menge der absorbierten Materie den Wechsel, sondern vielmehr die Konfiguration dieser Felder.

Diese Regulierung hat Auswirkungen auf die galaktische Umgebung. Da das ausgestoßene Gas und der Staub als Grundmaterial für die Entstehung neuer Sterne dienen, kann der Wechsel zwischen Jets und Winden die Sternentstehung beeinflussen und damit die Entwicklung von Galaxien prägen. Schwarze Löcher fungieren somit als Regulatoren, die einen Teil der Materie in ihrer Umgebung neu verteilen.

Magnetfelder in Schwarzen Löchern

Innerhalb der Akkretionsscheibe, die ein Schwarzes Loch umgibt, entstehen Magnetfelder aus den turbulenten Bewegungen des erhitzten Plasmas. Ihre Intensität kann beträchtlich werden und sie beeinflussen direkt, wie Materie ausgestoßen wird. Diese Felder wirken als Führer, die die Energie entweder zu den Jets oder zu den von Astronomen beobachteten Winden lenken.

Eine bestimmte Konfiguration der Magnetfelder kann die Emission von Hochgeschwindigkeits-Plasmajets begünstigen. Eine andere Anordnung hingegen fördert eher die Ausstoßung von Materie in Form von kosmischen Winden und Röntgenstrahlen. Diese Dualität erklärt, warum ein Schwarzes Loch nicht beide Emissionsarten gleichzeitig erzeugt – die Magnetfelder konkurrieren um die verfügbare Energie.

Die Beobachtungen des Systems 4U 1630-472 zeigen, dass der Wechsel zwischen Jets und Winden mit der Neuordnung der Magnetfelder in der Scheibe zusammenhängt. Dieses Phänomen hängt nicht von der Menge der absorbierten Materie ab, sondern vielmehr von der internen Entwicklung des Systems. Die Untersuchung dieser Prozesse hilft, die Art und Weise zu kartieren, wie Magnetfelder die Aktivität Schwarzer Löcher steuern.