Warum und wie stoßen schwarze Löcher Materiestrahlen aus? ⚫

Stellare schwarze Löcher, diese kosmischen Monster, die aus dem Kollaps massereicher Sterne entstehen, spielen eine Schlüsselrolle in der Dynamik von Galaxien. Eine aktuelle japanische Studie enthüllt die Mechanismen hinter ihren mächtigen Plasmastrahlen.

Diese Strahlen, die seit über einem Jahrhundert beobachtet werden, blieben rätselhaft, bis ein internationales Team unter der Leitung von Professor Kazutaka Yamaoka ihre Entstehung entschlüsselte. Ihre in den Publications of the Astronomical Society of Japan veröffentlichten Arbeiten zeigen, dass diese Phänomene auftreten, wenn sich die Akkretionsscheibe um das schwarze Loch plötzlich zusammenzieht.


Die Studie konzentrierte sich auf ein binäres System, das ein schwarzes Loch und einen sonnenähnlichen Stern umfasst. Die Forscher analysierten Röntgen- und Radiodaten und zeigten, dass die Strahlen auftreten, wenn der innere Radius der Scheibe die ISCO, die stabilste kreisförmige Umlaufbahn, erreicht. Diese Entdeckung widerspricht theoretischen Modellen, die von statischen Bedingungen ausgehen.

Die Strahlen beeinflussen die Sternentstehung und verteilen Energie im gesamten Universum. Ihr Verständnis eröffnet neue Perspektiven auf die Entwicklung von Galaxien und die Physik schwarzer Löcher. Die Forscher planen nun, diese Ergebnisse auf supermassereiche schwarze Löcher anzuwenden.


Diese Forschung unterstreicht die Bedeutung dynamischer Bedingungen bei der Bildung von Strahlen. Die beobachteten Veränderungen in den Röntgenstrahlen, mit einer Zunahme weicher Röntgenstrahlen, stehen in direktem Zusammenhang mit der Bewegung der Akkretionsscheibe. Diese Beobachtungen ermöglichen nun eine genauere Vorhersage des Auftretens von Strahlen.

Professor Yamaoka betont, dass diese Mechanismen universell sein könnten und sowohl auf stellare als auch auf supermassereiche schwarze Löcher anwendbar sind. Die Untersuchung letzterer stellt jedoch zusätzliche Herausforderungen dar, da sie sich langsamer entwickeln und ihre inneren Strukturen schwerer zu messen sind.

Was ist eine Akkretionsscheibe?

Eine Akkretionsscheibe ist eine Struktur, die aus Materie besteht, die einen zentralen massereichen Objekt wie ein schwarzes Loch umkreist. Diese Materie, hauptsächlich Gas und Staub, wird von der Schwerkraft des zentralen Objekts angezogen und sammelt sich in einer dünnen, heißen Scheibe an.

Die Akkretionsscheibe ist Schauplatz extremer physikalischer Phänomene, bei denen die Materie Temperaturen von mehreren Millionen Grad erreichen kann. Diese intensive Hitze verursacht die Emission von Röntgenstrahlen, die von der Erde aus nachweisbar sind.

Die Dynamik der Akkretionsscheibe ist entscheidend für das Verständnis, wie schwarze Löcher wachsen und wie sie Materiestrahlen ausstoßen können. Die differentielle Rotation der Scheibe, bei der die inneren Teile schneller rotieren als die äußeren, erzeugt Reibung, die die Materie erhitzt.

Die Untersuchung von Akkretionsscheiben ermöglicht auch die Überprüfung der Allgemeinen Relativitätstheorie Einsteins, insbesondere in Umgebungen mit extremer Schwerkraft in der Nähe schwarzer Löcher.

Warum sind Plasmastrahlen wichtig?

Die von schwarzen Löchern ausgestoßenen Plasmastrahlen gehören zu den energiereichsten Phänomenen im Universum. Sie können sich über Tausende von Lichtjahren erstrecken und die Sternentstehung in Galaxien beeinflussen.

Diese Strahlen transportieren Energie und Materie mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit. Sie spielen eine Schlüsselrolle bei der Umverteilung von Materie und Energie im Universum und beeinflussen so die Entwicklung von Galaxien.

Die Strahlen dienen auch als Marker zur Lokalisierung entfernter schwarzer Löcher. Ihre Untersuchung ermöglicht es Astronomen, die Eigenschaften schwarzer Löcher, wie ihre Masse und Rotation, besser zu verstehen.

Plasmastrahlen bieten auch ein einzigartiges Fenster in die extremen physikalischen Prozesse, die in der Nähe schwarzer Löcher ablaufen, wo die Gesetze der Physik an ihre Grenzen stoßen.