Man stelle sich eine Kugel mit einem Durchmesser von über 3,2 Millionen Kilometern (der achtfache Abstand zwischen Erde und Mond) vor, die so schnell rotiert, dass sich ihre Oberfläche mit annähernd Lichtgeschwindigkeit bewegt. So ein Objekt existiert: das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Spiralgalaxie NGC 1365. Astronomen haben seine unglaubliche Rotationsrate gemessen, indem sie neue Daten des Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) und des Röntgensatelliten XMM-Newton der European Space Agency benutzten.
„Dies ist das erste Mal, dass jemand die Rotation eines supermassiven Schwarzen Lochs genau gemessen hat“, sagte der leitende Autor Guido Risaliti vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics und dem Arcetri Observatory des Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF). Die Forschungsarbeit wurde in der Nature-Ausgabe vom 28. Februar 2013 veröffentlicht und in einer NASA-Telekonferenz am 27. Februar 2013 vorgestellt.
Die Gravitation eines Schwarzen Lochs ist so stark, dass es den umgebenden Raum verzerrt, während es rotiert. Der Rand dieses rotierenden Lochs wird als Ereignishorizont bezeichnet. Jede Materie, die den Ereignishorizont überschreitet, wird in das Schwarze Loch gezogen. Einfallende Materie sammelt sich in einer Akkretionsscheibe, wo Reibung sie aufheizt und sie zur Emission von Röntgenstrahlung anregt.
Risaliti und seine Kollegen maßen Röntgenstrahlen aus dem Zentrum von NGC 1365, um zu bestimmen, wo sich die innere Kante der Akkretionsscheibe befindet. Dieser innerste stabile, kreisförmige Orbit (Innermost Stable Circular Orbit, ISCO), der Punkt ohne Wiederkehr, ist abhängig von der Rotation des Schwarzen Lochs. Weil ein rotierendes Schwarzes Loch den Raum verzerrt, kann sich die Scheibenmaterie dem Schwarzen Loch weiter annähern, bevor sie verschluckt wird.
Astronomen möchten die Rotation [den Drehimpuls] eines Schwarzen Lochs aus verschiedenen Gründen wissen. Der erste ist physikalisch – nur zwei Größen definieren ein Schwarzes Loch: Masse und Drehimpuls. (Anm. d. Red. Für mathematische Beschreibungen kann unter Umständen noch eine dritte Größe hinzukommen: die elektrische Ladung.) Aus diesen beiden Größen kann man alles erfahren, was es über das Schwarze Loch zu wissen gibt. Am wichtigsten ist, dass der Drehimpuls eines Schwarzen Lochs Anhaltspunkte über dessen Vergangenheit und damit auch über die Entwicklung von dessen Heimatgalaxie gibt. „Der Drehimpuls eines Schwarzen Lochs ist ein Speicher, eine Aufzeichnung der vergangenen Geschichte der Galaxie als Ganzes“, erklärte Risaliti.
Obwohl das Schwarze Loch in NGC 1365 derzeit so schwer wie mehrere Millionen Sonnen ist, wurde es nicht so groß geboren. Es wuchs über einen Zeitraum von Milliarden Jahren durch die Akkretion von Sternen und Gas und durch Verschmelzungen mit anderen Schwarzen Löchern. Die Rotation resultiert aus einem Transfer von Drehimpuls, ähnlich wie auf einer Kinderschaukel. Wenn man zufällig mit den Füßen Schwung gibt, während man schaukelt, wird man nie sehr hoch kommen. Aber wenn man zu Beginn jeder Abwärtsbewegung Schwung gibt, kommt man höher und höher, weil man Drehimpuls überträgt. In ähnlicher Weise wäre die Rotation eines Schwarzen Lochs langsam, wenn es Materie zufällig aus allen Richtungen eingesaugt hätte. Weil seine Rotation aber so nah an dem möglichen Maximalwert liegt, muss das Schwarze Loch in NGC 1365 eher durch „geordnete Akkretion“ gewachsen sein als durch mehrere zufällige Ereignisse.
Die Untersuchung eines supermassiven Schwarzen Lochs erlaubt Theoretikern zudem, Einsteins allgemeine Relativitätstheorie unter extremen Bedingungen zu überprüfen. Die Relativität beschreibt, wie Gravitation die Struktur der Raumzeit beeinflusst und nirgendwo wird die Raumzeit mehr verzerrt als in direkter Nähe zu einem Schwarzen Loch.
Das Team hat auch zusätzliche Beobachtungen von NGC 1365, die es studieren wird, um zu bestimmen, wie sich die anderen Bedingungen mit der Zeit verändern. Diese Daten werden momentan analysiert. Zur selben Zeit beobachten andere Teams mit NuSTAR und XMM-Newton verschiedene andere supermassive Schwarze Löcher.
Das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) hat seinen Stammsitz in Cambridge (Massachusetts) und ist ein Gemeinschaftsprojekt des Smithsonian Astrophysical Observatory und des Harvard College Observatory. Wissenschaftler aus sechs Forschungsabteilungen studieren hier den Ursprung, die Entwicklung und das endgültige Schicksal des Universums.
Quelle: http://www.cfa.harvard.edu/news/2013/pr201307.html
(THK)
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