Schwarze Löcher sind tatsächlich grün

Eine neue Studie zeigt, dass die supermassiven Schwarzen Löcher in den Herzen einiger Galaxien die treibstoffeffizientesten Triebwerke im Universum sind.

"Wenn Sie einen Automotor bauen könnten, der so effizient ist wie eines dieser schwarzen Löcher, könnten Sie ungefähr eine Milliarde Meilen aus einer Gallone Gas herausholen", sagte Studienleiter Steve Allen vom Kavli-Institut für Teilchenastrophysik und Kosmologie Universität in Stanford. "In jedem Buch wäre das ziemlich grün."

Das Ergebnis, das mithilfe des Chandra Röntgen-Observatoriums der NASA gemacht wurde und heute in einer Medien-Telekonferenz bekannt gegeben wurde, gibt den Wissenschaftlern Einblicke, wie supermassive Schwarze Löcher Energie erzeugen und wie sie die Galaxien beeinflussen, in denen sie ihre Häuser bauen.

"Ruhige" schwarze Löcher

Schwarze Löcher sind Regionen des Weltraums, in denen die Schwerkraft so stark ist, dass Materie und Licht nicht entkommen können, sobald sie den Ereignishorizont passiert haben, eine sphärische Grenze, die das Schwarze Loch umgibt.

Jedoch kann einströmende Materie, die diesen Punkt noch nicht erreicht hat, durch Reibung und Wechselwirkung mit dem starken Magnetfeld des schwarzen Lochs Energie in Form von entweder diffusem Licht oder fokussierten Energiestrahlen freisetzen.

"Sobald das Gas eine Million Mal größer ist als der Ereignishorizont des Schwarzen Lochs, wird es gravitativ erfasst", erklärte Allen. "An diesem Punkt wird das Gas zu Treibstoff für den Black-Hole-Motor."

Die neue Studie untersuchte neun supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren elliptischer Galaxien. jeder war etwa eine Milliarde mal massiver als unsere Sonne. Die Schwarzen Löcher waren relativ alt und erzeugten viel weniger Energie als die heftig leuchtenden und schnell wachsenden supermassiven Schwarzen Löcher, die als "Quasare" bekannt sind.

Die Forscher fanden heraus, dass diese "stillen" Schwarzen Löcher etwa 1.000-mal mehr Energie als Jets freisetzten als Licht. Die Gründe dafür sind noch unklar.

"Das ist ein Mysterium, wie diese schwarzen Löcher selektiv so viel Energie in die Jets pumpen, ohne viel Licht zu produzieren", erklärte Studien-Team-Mitglied Christopher Reynolds von der University of Maryland.

Raumblasen

Die meiste Energie in den Jets wird als Radiowellen ausgesendet, aber in mindestens einem der untersuchten schwarzen Löcher lag die Energie in Form von mehr energiereichen Röntgenstrahlen vor.

"Die Energie in diesen Jets ist absolut riesig, etwa eine Billion Billionen Billionen Watt", sagte Allen.

Während sie mit fast Lichtgeschwindigkeit von ihren schwarzen Löchern nach außen rasen, schneiden die Jets in der umgebenden Gasumgebung riesige Hohlräume oder "Blasen" aus; einige dieser Blasen können mehrere zehntausend Lichtjahre groß sein.

Blasen können sich auch in der Folge von Sternexplosionen bilden, die Supernovae genannt werden; unser eigenes Sonnensystem wird von einer solchen Struktur umhüllt, die man "Local Bubble" nennt und die sich bei einer Explosion vor langer Zeit gebildet hat.

Die Forscher nutzten diese Blasen, um die Treibstoffeffizienz der Schwarzen Löcher herauszufinden. Unter Verwendung von Chandra-Bildern berechneten sie zunächst, wie viel Treibstoff in Form von Gas für jedes Schwarze Loch verfügbar war. Sie schätzten dann die Leistung, die erforderlich war, um die beobachteten Blasen zu erzeugen.

Galaktische Zersiedelung verhindern

Der Befund könnte auch Auswirkungen auf andere Arten von Schwarzen Löchern haben, einschließlich viel kleinerer Schwarzer Löcher mit Sternenmassen, sagen die Forscher.

"Wir wussten bereits, dass leistungsstarke Quasare sehr effizient Licht erzeugen. Jetzt wissen wir, dass auch schwarze Löcher in elliptischen Galaxien effizient sind", sagte Kim Weaver, eine Forscherin des Goddard Space Flight Centers der NASA, die nicht an der Studie beteiligt war. "Dies deutet darauf hin, dass Grün sein ein Merkmal ist, das alle Schwarzen Löcher gemeinsam haben können."

Die Wissenschaftler denken, dass die supermassiven Schwarzen Löcher auch auf andere Weise grün sind. Die Energie, die jedes schwarze Loch als Strahlen ausstrahlt, wärmt die Umgebung. Dies verhindert, dass sich das Gas abkühlt und zu Milliarden neuer Sterne verschmilzt, und legt eine Obergrenze dafür fest, wie groß eine Galaxie sein kann.

"In einem Umweltsinn verhindern die schwarzen Löcher wirklich, dass galaktische Zersiedelung die Nachbarschaft übernimmt", sagte Weaver.

Die Studie wird in einer kommenden Ausgabe des. Veröffentlicht Monatsmeldungen der Royal Astronomical Society.