Kürzlich wurde ein supermassives Schwarzes Loch gefangen, das einen Stern verschlang, und der Partikelstrom, den das Schwarze Loch ausspuckte, könnte ein geheimes Prinzip enthüllen, das das Wachstum von Galaxien regelt.
Das Fest des Schwarzen Lochs wurde erstmals am 11. November 2014 von Röntgen- und Radioteleskopen auf der ganzen Welt entdeckt. Die Signale, die aus 300 Millionen Lichtjahren Entfernung von der Erde kamen, fingen die brutalen letzten Momente eines Sterns ein, der als Gezeitenstörungsfackel bekannt ist. Diese Explosion elektromagnetischer Energie tritt auf, wenn die immense Anziehungskraft eines Schwarzen Lochs einen vorbeiziehenden Stern zerreißt.
"Das Schwarze Loch zerstört zuerst den Stern. Es macht eine Suppe daraus", sagte Dheeraj Pasham, Postdoktorand am Kavli-Institut für Astrophysik und Weltraumforschung am Massachusetts Institute of Technology und Hauptautor eines in dieser Woche veröffentlichten Papiers im Astrophysical Journal. "Wenn dies passiert, sehen wir einen plötzlichen Strahlungsblitz am Himmel. Die Suppe fällt allmählich in das Schwarze Loch, und so füttert das Schwarze Loch."
Das Signal hatte jedoch eine verwirrende Sache: Während das Muster in den Röntgensignalen nahezu identisch mit dem in den mit dem Ereignis verbundenen Funksignalen war, spiegelte das Funksignal das wider, was 13 Tage zuvor im Röntgensignal geschehen war. Das heißt, wenn das Röntgensignal heller wurde, würde das Funksignal diese Helligkeitszunahme fast zwei Wochen später widerspiegeln.
Dies führte die Astronomen zu der Annahme, dass die Quelle des Röntgensignals die Materie sein muss, die zum Schwarzen Loch gezogen und von diesem mit Energie versorgt wird, während die Radiowellen von einem Strom hochenergetischen Materials stammen, der aus dem Schwarzen Loch entweicht und als relativistischer Strahl bezeichnet wird.
Zuvor dachten Wissenschaftler, dass die Radiowellen von der Explosion des Sterns herrührten, als er von Flutwellen aus dem Schwarzen Loch getroffen wurde. Nach dieser Hypothese regt die Explosion Plasmapartikel im umgebenden Raum an, und diese angeregten Partikel senden dann Radiowellen aus. Wenn dies jedoch der Fall wäre, gäbe es keine Beziehung zwischen den Radiowellen und den Röntgenstrahlen, die durch das in das Schwarze Loch fallende Material erzeugt werden, sagten die Forscher.
"Wir argumentieren, dass diese Kopplung zwischen dem Radio und der Röntgenstrahlung uns sagt, dass das Radio vom Jet kommen muss und dass der Jet durch die Akkretion reguliert wird" oder das Wachstum des Schwarzen Lochs, sagte Pasham gegenüber Live Science. "Die Daten zeigen deutlich, dass alles, was in das Schwarze Loch fällt, den Jet antreibt."
Wenn das Schwarze Loch mehr von der "Sternensuppe" verschlingt, verstärkt sich der aus dem Schwarzen Loch entweichende Strahl. Diese Studie ist das erste Mal, dass Astronomen eine solche Korrelation in einem Objekt entdecken, sagten die Forscher.
"Dies sagt uns, dass die Fütterungsrate des Schwarzen Lochs die Stärke des von ihm produzierten Jets steuert", sagte Pasham in einer Erklärung. "Ein gut genährtes Schwarzes Loch erzeugt einen starken Strahl, während ein unterernährtes Schwarzes Loch einen schwachen oder gar keinen Strahl erzeugt."
Galaxienwachstum
Pasham sagte, wenn zukünftige Beobachtungen ein ähnliches Muster zeigen, könnten Wissenschaftler beginnen, die Ursprünge der mysteriösen Jets zu verstehen. Diese Jets strömen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aus Schwarzen Löchern, und einige Astronomen glauben, dass die Jets die Quelle galaktischer kosmischer Strahlen sein könnten, wobei die Ströme energiereicher Teilchen über weite Entfernungen durch den Weltraum zoomen.
"Wie Jets von Schwarzen Löchern abgefeuert werden, ist ein großes Rätsel in der Astrophysik", sagte Pasham.
Darüber hinaus könnte diese Beziehung das Wachstum von Galaxien beeinflussen, wenn eine einfache Beziehung die Akkretionsrate oder die Rate, mit der ein Schwarzes Loch Masse verschlingt, an die Größe des relativistischen Strahls des Schwarzen Lochs bindet, so die Forscher in einer Erklärung. Das liegt daran, dass Galaxien wachsen, wenn sich neue Sterne bilden, aber die Sternentstehung kalte Temperaturen erfordert. Schwarze Loch-Jets erwärmen währenddessen ihre Umgebung, was es vorübergehend zu heiß machen könnte, um neue Sterne zu bilden. Das Wissen über die Größe von Schwarzloch-Jets könnte dann verwendet werden, um die Wachstumsraten von Galaxien vorherzusagen, sagten die Forscher.
"Wenn die Geschwindigkeit, mit der das Schwarze Loch frisst, proportional zur Geschwindigkeit ist, mit der es Energie abpumpt, und wenn dies wirklich für jedes Schwarze Loch funktioniert, ist dies ein einfaches Rezept, das Sie in Simulationen der Galaxienentwicklung verwenden können", sagte Pasham die Aussage. "Das deutet also auf ein größeres Bild hin."
