Materie reitet die Raum-Zeit-Welle des Schwarzen Lochs

SAN DIEGO - Bewaffnet mit kosmischen Geschwindigkeitspistolen und anderen High-Tech-Geräten haben Astronomen erstaunliche Geschwindigkeiten um ein Schwarzes Loch herum und eine exotische Welle in der Raumzeit um einen anderen beobachtet.

Die Ergebnisse gehören zu den überzeugendsten der unglaublichen Geschwindigkeiten und Verzerrungen, die sehr nahe bei Schwarzen Löchern auftreten, und sie helfen dabei, bessere Schätzungen der Massen der Schwarzen Löcher zu liefern. Sie zeigen auch eine neue Methode, um diese Gravitations-Giganten noch besser in den Griff zu bekommen.

In einem Befund scheint ein sich drehendes schwarzes Loch eine umlaufende Welle zu erzeugen. In einer groben Vereinfachung ist der Prozess ähnlich dem Taumeln eines Kreisels. Die andere Studie fand Hinweise auf Hotspots - vielleicht heißen Blobs von der Größe der Sonne oder vielleicht Regionen, die von magnetischer Energie beschienen werden -, die mit 10 Prozent Lichtgeschwindigkeit reisen.

Die Ergebnisse wurden hier am Montag bei einem Treffen der American Astronomical Society präsentiert.

Grundlagen des schwarzen Lochs

Schwarze Löcher sind so dicht, dass sie Licht einfangen können. Sie können nicht gesehen werden, aber Astronomen finden sie, indem sie ihre Gravitationswirkung auf umgebende Gegenstände bemerken oder indem sie Röntgenstrahlen und andere Strahlung sehen, die in ihrer Nähe aufgestoßen wird, wenn Gas überhitzt wird, während es mit phänomenalen Geschwindigkeiten wirbelt.

Das einströmende Gas bildet eine dünne Scheibe, sagt die Theorie. Von dieser Akkretionsscheibe stammen die in der neuen Forschung verwendeten Röntgenstrahlen.

Jedes Objekt mit Masse verzieht den Raum und die Zeit um es herum, ähnlich wie ein schweres Objekt ein gespanntes elastisches Blatt verformt. Licht, das an einem sehr massereichen Stern oder einer Galaxie vorbeiläuft, kann zum Beispiel merklich verbogen werden.

Einsteins Arbeit sagt das voraus. Aber über Einstein hinaus werden noch seltsamere Dinge vorhergesagt. Wenn sich ein Objekt dreht, verzerrt es die Raumzeit weiter; Stellen Sie sich vor, das elastische Blatt wird durch ein schweres, sich drehendes Schweres verdreht.

Der Effekt wird als Rahmenziehen bezeichnet. Es ist eine Modifikation der einfacheren Aspekte der Gravitation, die Newton aufgestellt hat. Die österreichischen Physiker Joseph Lense und Hans Thirring haben aus der Einsteinschen Relativitätstheorie 1918 das Ziehen von Rahmen vorhergesagt. (Es ist auch als Lense-Thirring-Effekt bekannt.)

Andere Studien haben Beweise für das Drehen von Schwarzen Löchern und das Verziehen von Raum-Zeit um sie gefunden. Sogar die Rotation der Erde hat gezeigt, dass sie die nahegelegene Raumzeit verzerrt, was dazu führt, dass die Satelliten jedes Jahr um 6 Fuß (2 Meter) gezogen werden.

Das Ziehen von Rahmen kann eine wichtige Rolle in der verdrehten Physik spielen, die dazu führt, dass Schwarze Löcher nicht nur Licht und Materie verschlingen, sondern in Hochgeschwindigkeits-Jets riesige Mengen heißen Gases ausspucken, die in mehreren Studien beobachtet wurden.

Ein Karussell

In Beobachtungen des NASA-Orbiters Rossi X-ray Timing Explorer untersuchten Wissenschaftler die Energie, die von Eisengas abgegeben wird. Die Lichtwellen wurden gedehnt, als das Licht darum kämpfte, aus den Gravitationskupplungen des Schwarzen Lochs zu klettern.

Die Daten enthüllten Materie, die hunderte Male pro Sekunde das relativ kleine schwarze Loch umkreiste und "wie Glühbirnen auf einem Karussell glühte", sagte Jeroen Homan vom MIT.

Der beobachtete Effekt lässt sich durch Rahmenziehen beschreiben, sagte Co-Forscher Jon Miller vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Zuversichtlich in der Feststellung, bleibt er immer noch vorsichtig.

"Es kann sein, dass andere Erklärungen sich als besser herausstellen", sagte Miller. "Es ist kein geschlossener Fall."

Die Ergebnisse werden im Internet veröffentlicht Astrophysikalische Journal Letters.

Blobs von Gas

Die andere Studie, bei der der Satellit XMM-Newton der Europäischen Weltraumorganisation ESA zum Einsatz kam, fand bei 20.000 Meilen pro Sekunde (32.190 Kilometer pro Sekunde) drei scheinbare heiße Gasblasen, die um ein anderes schwarzes Loch herumflogen. Das sind 10 Prozent Lichtgeschwindigkeit. Die Blobs sind sehr nahe am Schwarzen Loch und erlauben Astronomen, eine präzisere Masse und Größe des Objekts zu berechnen.

Das Schwarze Loch, das eine Galaxie namens Markarian 766 beherbergt, enthält etwa 100 Millionen Mal die Masse der Sonne.

Das Schwarze Loch umfasst eine Region, die nur kleiner als die Merkur-Umlaufbahn ist. Die Blobs von Eisengas sind in einer Entfernung gleich der Umlaufbahn von Jupiter. Aber im Gegensatz zu Jupiters zwölfjähriger Umlaufbahn umkreisen die Blobs das Schwarze Loch in nur 27 Stunden.

Die Geschwindigkeit wurde mit der Doppler-Technik gemessen, genau wie die Radarpistole eines Polizisten. Es ist auch das Phänomen, das eine Ambulanzsirene dazu bringt, die Tonhöhe zu verändern, wenn Sie auf Sie zugehen (die Wellen sind komprimiert), oder von Ihnen weg (die Wellen sind gestreckt).

Es ist das erste Mal, dass Material beobachtet wurde, das eine vollständige Umlaufbahn so nahe an einem Schwarzen Loch macht, sagte Studienmitglied Lance Miller von der Universität Oxford.

Miller und seine Kollegin, Studienleiterin Jane Turner von der NASA und der Universität von Maryland Baltimore County, räumten ein, dass ähnliche, aber vorläufige Ergebnisse im September von einer europäischen Gruppe angekündigt wurden. Und andere Studien haben Beweise für Materie in der Nähe eines Schwarzen Lochs gesehen, möglicherweise sogar über den Punkt, an dem es kein Zurück mehr gibt.

In einem Interview sagte Turner, die neuen Ergebnisse seien "klarer" und "leichter zu interpretieren" als frühere Beobachtungen.

Beide Studien, die heute vorgestellt werden, seien "bahnbrechende Ergebnisse", die die Richtung für zukünftige Beobachtungen weisen, die die Physik der Schwarzen Löcher besser bestimmen könnten, sagte Fred Lamb, ein Forscher der Universität von Illinois, der nicht in die Forschung involviert war.

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