Stürme um schwarze Löcher

Schwarze Löcher wachsen, in dem sie Materie aus ihrer Umgebung aufnehmen. Die zuströmende Materie sammelt sich zunächst in einer Akkretionsscheibe und heizt sich dort auf. Die dadurch erzeugte Strahlung bremst den Zustrom von Materie auf das schwarze Loch. Wächst die Strahlung über einen Grenzwert an – das Eddington-Limit –, so kommt der Materieeinfall völlig zum Erliegen. Das von der Masse abhängige Eddington-Limit gibt also an, wie viel Strahlungsenergie ein schwarzes Loch maximal aussenden kann.

mikroquasar
Abb.: So könnte das Schwarze Loch aussehen: Es saugt Materie von einem nahen Stern an, die sich in einer rotierenden Scheibe sammelt und aufheizt. (Bild: T.D.Russel / ICRAR)

Doch schwarze Löcher können noch auf einem anderen Weg Energie an ihre Umgebung abgeben: über die kinetische Energie der Materie in den Jets und dem von der Akkretionsscheibe ausgehenden Wind. Bislang war unklar, ob die Eddington-Grenze auch für diesen Energiefluss gilt. Das hat sich nun geändert. Roberto Soria von der Curtin University im australischen Perth und seine Kollegen haben einen so genannten Mikroquasar in der Spiralgalaxie M 83 beobachtet, der das Eddington-Limit mit der nach außen transportierten Bewegungsenergie deutlich überschreitet.

Als Mikroquasare bezeichnen Astronomen stellare Schwarze Löcher, in die über eine Akkretionsscheibe Materie einfällt und die deshalb ähnliche Phänomene aufweisen wie ihre großen Geschwister, die supermassiven Schwarzen Löcher, die Galaxienkerne als Quasare aufleuchten lassen. Mithilfe eigener Beobachtungen im Radio- und im Röntgenbereich, sowie unter der Nutzung von Archivdaten im optischen und infraroten Bereich haben Soria und sein Team die Strahlung des Schwarzen Lochs, die Materieakkretion, die Jets und den Wind genau untersucht.

Aus der Strahlung und dem Gas-Zustrom konnten die Astronomen zunächst ermitteln, dass die Masse des Schwarzen Lochs kleiner ist als das Hundertfache der Sonnenmasse. Daraus ergibt sich ein Eddington-Limit von maximal 1,3 × 10^33 Watt. Die Untersuchung des Winds und des Jets durch Soria und seine Kollegen liefert jedoch einen Wert von 3 × 10^33 Watt. Die durch den Materiestrom auf die Umgebung übertragene Energie übertrifft demnach das Eddington-Limit deutlich. „Das Objekt zeigt, dass Schwarze Löcher über längere Zeit hinweg durch ihre mechanische Wirkung auf die Umgebung das Eddington-Limit deutlich übertreffen können“, so die Forscher. Das sei beispielsweise von großer Bedeutung für das Verständnis der Entstehung und Entwicklung supermassiver Schwarzer Löcher in der Frühzeit des Kosmos.

Quellangabe:

R. Soria et al.: Super-Eddington Mechanical Power of an Accreting Black Hole in M83, Science, online 28. Februar 2013; DOI: 10.1126/science.1248759

Curtin Institute of Radio Astronomy, Curtin University, Bentley, Australien

International Centre for Radio Astronomy Research, Curtin University, Perth, Australien

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