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Ein supermassives schwarzes Loch, das heißes Gas in seiner Umgebung verschlingt, wurde laut einer aktuellen Studie erstmals in einer neuen Röntgenaufnahme deutlich sichtbar.

Schwarze Löcher verbrauchen Material um sich herum und wachsen mit ihrer starken Schwerkraft, um umgebende Gase einzuziehen. Dieser heiße Gasstrom, der in Richtung des Schwarzen Lochs gesaugt wird, ist erstmals in Röntgenwellenlängen deutlich zu sehen, was den Astronomen hilft, besser zu verstehen, wie Schwarze Löcher ihre Umgebung verschlingen und wie sich Materie in dieser extremen Umgebung verhält.

Das Chandra X-ray Observatory der NASA untersuchte das Schwarze Loch im Zentrum einer großen Galaxie namens NGC 3115, die etwa 32 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Eine große Menge früherer Daten hat gezeigt, dass Material in Richtung Schwarze Löcher und auf Schwarze Löcher fällt, aber bis jetzt gab es keine so deutliche Signatur von heißem Gas, sagten Forscher. [Video: Heißes Gas in Schwarzes Loch gesaugt]

"Es ist aufregend, so deutliche Beweise für Gas im Griff eines massiven Schwarzen Lochs zu finden", sagte Ka-Wah Wong von der University of Alabama in Tuscaloosa. "Chandras Auflösungsvermögen bietet eine einzigartige Gelegenheit, mehr darüber zu erfahren, wie Schwarze Löcher Material aufnehmen, indem sie dieses nahegelegene Objekt untersuchen."

Wong ist der Hauptautor der neuen Studie des Schwarzen Lochs, die in der Ausgabe von The Astrophysical Journal Letters vom 20. Juli veröffentlicht wurde.

Der Fluss von Gas

Durch die Aufnahme von Bildern des heißen Gases in unterschiedlichen Abständen vom supermassereichen Schwarzen Loch von NGC 3115 konnten Astronomen eine kritische Schwelle erkennen, bei der die Gasbewegung zuerst von der Schwerkraft des Schwarzen Lochs dominiert wird und anfängt nach innen zu fallen. Dieser Abstandspunkt vom Schwarzen Loch ist bekannt als "Bondi-Radius", sagten Forscher. [Bilder: Schwarze Löcher des Universums]

Wenn Gas in Richtung eines Schwarzen Lochs fließt, wird es gequetscht, wodurch es heißer und heller wird, was durch die Röntgenbeobachtungen bestätigt wurde. Die Astronomen fanden heraus, dass die Temperatur des Gases in einer Entfernung von etwa 700 Lichtjahren vom Schwarzen Loch von NGC 3115 ansteigt, was auf die Lage des Bondi-Radius hinweist.

Das neue Chandra-Bild unterstützt auch frühere optische Beobachtungen, die darauf hindeuten, dass das Schwarze Loch von NGC 3115 eine Masse von etwa zwei Milliarden Sonnenmassen hat, was es zum nächsten Schwarzen Loch mit einer so enormen Größe für die Erde macht.

Den Forschern zufolge zeigen die Beobachtungen von Chandra, dass das Gas in der Nähe des Schwarzen Lochs dichter ist als das Gas weiter draußen, wie vorhergesagt. Die Astronomen kombinieren die beobachteten Eigenschaften des Gases mit ihren eigenen theoretischen Annahmen und schätzen, dass jedes Jahr etwa zwei Prozent des Sonnengewichts über den Bondi-Radius in Richtung des Schwarzen Lochs gesaugt werden.

Seltsam düster

Aber es gibt noch einige Geheimnisse, die noch aufgedeckt werden müssen. Wenn man bestimmte Annahmen darüber macht, wie viel Energie aus dem Gas in Strahlung umgewandelt wird, würde das Forschungsteam erwarten, etwas zu finden, das bei Röntgenwellenlängen mehr als eine Million Mal heller ist als das, was in NGC 3115 zu sehen ist.

"Ein mysteriöses Rätsel in der Astrophysik ist, wie das Gebiet um die massiven schwarzen Löcher so dunkel bleiben kann, wenn so viel Treibstoff zum Leuchten zur Verfügung steht", sagte Co-Autor der Studie, Jimmy Irwin, ebenfalls von der University of Alabama. "Dieses schwarze Loch ist ein Aushängeschild für dieses Problem."

Zwei mögliche Erklärungen könnten diese Diskrepanz erklären, sagten die Forscher. Die erste Situation könnte sein, dass viel weniger Material auf das Schwarze Loch fällt als innerhalb des Bondi-Radius. Eine andere Möglichkeit ist, dass die Umwandlung von Energie in Strahlung viel weniger effizient ist, als in den Annahmen der Astronomen berücksichtigt wurde.

Verschiedene Modelle, die den Materialfluss zum Schwarzen Loch beschreiben, geben unterschiedliche Vorhersagen dafür, wie schnell die Dichte des Gases bei Annäherung an das Schwarze Loch ansteigen wird. Zukünftige Beobachtungen sollten es den Astronomen ermöglichen, mit diesen Modellen einzugrenzen und genauere Bestimmungen zu treffen.