Schwarze Löcher verspotten Überraschung

Schwarze Löcher gibt es in einer Vielzahl von Größen, von der 10-fachen Masse der Sonne bis zu einer Milliarde mal so massiv. Neue Untersuchungen zeigen jedoch, dass Schwarze Löcher mit völlig unterschiedlichen Massen, Alter und Standort ionisierte Gase erzeugen können, die sich ähnlich verhalten.

"Als Wissenschaftler suchen wir immer nach universellen Prinzipien", sagte Rodrigo Nemmen vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Md., Gegenüber ProfoundSpace.org.

Nemmen und seine Kollegen untersuchten eine Vielzahl von Schwarzen Löchern, um zu vergleichen, wie effizient ihre Strahlen Licht aussenden. "Ich war sehr überrascht", sagte Nemmen zu den Ergebnissen.

Die Entdeckung von Ähnlichkeiten zwischen alten supermassiven Schwarzen Löchern in der Mitte entfernter Galaxien und kleinen Schwarzen Löchern, die als Sterne zusammenbrechen, sollte Wissenschaftlern helfen, ein besseres Verständnis für diese Jets zu erlangen.

Kosmische Beschleuniger

Schwarze Löcher sind bekannt dafür, dass sie Materie in sie hineinziehen können. Aber nicht alles Material in der Nähe eines Schwarzen Lochs ist verloren. Einige Materieteilchen, die sich gerade außerhalb des Punktes der Rückkehr befinden (der Ereignishorizont genannt wird), werden mit nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und erzeugen Strahlen von Teilchen, die über und unter den schwarzen Löchern schießen. [Fotos: Black Holes of the Universe]

"Ich nenne gerne kosmische LHCs der schwarzen Löcher oder sehr starke Teilchenbeschleuniger", sagte Nemmen und bezog sich dabei auf den Large Hadron Collider, eine unterirdische Maschine in der Schweiz, die Protonen auf 99,9999991 Prozent Lichtgeschwindigkeit beschleunigt.

Wenn Materie von einem schwarzen Loch in Form eines Strahls weggeschleudert wird, geht der größte Teil ihrer Energie in ihre Bewegung, aber ein Teil davon wird in Form von Gammastrahlen in Licht umgewandelt. Nemmen und sein Team untersuchten Ergebnisse von 293 zuvor beobachteten Schwarzen Löchern und berechneten, wie effizient die Jets Energie in Licht umwandelten. Sie fanden heraus, dass die Rate über den Bereich der schwarzen Löcher skaliert wurde.

"Dies war eine der Überraschungen dieser Arbeit, dass diese Effizienz der Umwandlung der Energie in Licht im Wesentlichen die gleichen ist für schwarze Löcher mit sehr unterschiedlichen Massen, sehr unterschiedlichen Alters und völlig unterschiedlichen Umgebungen", sagte Nemmen.

Schwarze Löcher sind mächtige Tiere, die an und für sich interessant sind. Durch die Beschleunigung von ionisiertem Gas haben sie jedoch auch das Potenzial, ihre Umwelt zu verändern. Indem sie Raum erhitzen, könnten sie die Produktion neuer Sterne beeinflussen und dadurch die Galaxie beeinflussen, in der sie leben.

"Diese Jets könnten mächtige Agenten sein, um Veränderungen in der Wirtsgalaxie hervorzurufen", sagte Nemmen.

Wissenschaftler haben immer noch kein tiefes Verständnis dafür, wie diese heftigen Partikelabflüsse entstehen. Aber die Tatsache, dass die Energieeffizienz der Jets über schwarze Löcher skaliert, könnte den Theoretikern helfen, besser zu verstehen, wie etwas, das die meisten Teilchen anzieht, andere wegschiessen könnte und wie der Energieabfluss den umgebenden Raum beeinflussen könnte.

Die Ergebnisse wurden heute online (13. Dezember) in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Verschiedene Skalen

Ein kleines schwarzes Loch, das entsteht, wenn Sterne sterben, und ein supermassives schwarzes Loch sind zwei verschiedene Monster. Schwarze Loch-Astronomen neigen dazu, sich auf das eine oder andere zu konzentrieren, anstatt einen ganzheitlichen Ansatz zu verfolgen, so Nemmen.

Aber die Tatsache, dass die beiden Typen so starke Ähnlichkeiten in ihren Jets haben, könnte Wissenschaftlern helfen, sie noch besser zu verstehen.

Am Ende könnten die beiden Gemeinschaften von Wissenschaftlern "Manifestationen der gleichen Phänomene auf verschiedenen Skalen untersuchen", sagte Nemmen.

Erst mit der jüngsten Verfügbarkeit von Teleskopen wie der Swift Gamma-Ray Burst Mission und dem Fermi Gamma-Ray Space Telescope (gestartet 2004 bzw. 2008) konnten Wissenschaftler Schwarze Löcher und ihre Jets so detailliert untersuchen.

"Ohne die Beobachtungen von Fermi und Swift hätten wir diese Arbeit nicht machen können", sagte Nemmen.

Ihre Umwandlung von Energie in Licht ist nicht das einzige, was Schwarze Löcher gemeinsam haben. Nemmen hofft, andere Eigenschaften wie ihre Spektren oder die besonderen Eigenschaften ihres Lichts zu studieren.

"Ich denke, dies ist der erste Schritt, um herauszufinden, wie sich diese Tiere verhalten", sagte er. "Der nächste Schritt besteht darin, mithilfe verschiedener Arten von Beobachtungen Verbindungen zwischen verschiedenen Arten von Schwarzen Löchern zu finden."