Der Drehimpuls Schwarzer Löcher in galaktischen Kernen

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Eine Hubble-Aufnahme von NGC 7469 (oben), eine Galaxie mit einem aktiven supermassiven Schwarzen Loch im Kern. Eine neue Röntgenuntersuchung dieser und vierundzwanzig weiterer Galaxien kommt zu dem Ergebnis, daß sich ihre Schwarzen Löcher schnell drehen und die auf die Schwarzen Löcher erfolgende Akkretion (die den Hang zeigt, deren Rotation zu erhöhen) vermutlich in einer geordneten, gleichmäßigen Art und Weise erfolgt. NASA / Hubble

Supermassereiche Schwarze Löcher mit Massen von Millionen oder gar Milliarden Sonnen sind in den Kernen von Galaxien zu finden. In spektakulären Fällen, wie den Quasaren, sind diese Schwarzen Löcher für eindrucksvolle Erscheinungen verantwortlich – etwa der mit fast Lichtgeschwindigkeit erfolgende Ausstoß von eng gebündelten Teilchenjets. Man vermutet, daß diese Abströmungen, die bei Radiowellenlängen entdeckt wurden, durch Materie angetrieben werden, die auf eine heiße Scheibe stürzt, die das Schwarze Loch umgibt. Ein Schwarzes Loch, obwohl von seiner Abmessung her punktförmig vorgestellt, wird von einer imaginären Oberfläche oder „Grenze“ von endlicher Größe (sein „Ereignishorizont“) umgeben, hinter der alles auf ewig für das restliche Universum verloren sein wird. Doch können Schwarze Löcher von Materiescheiben umgeben sein und wenn einfallendes Material mit der Scheibe interagiert, kann Strahlung und Materie ausgestoßen werden.

Ein Schwarzes Loch ist so einfach, daß es mit nur drei Größen vollständig beschrieben werden kann: seine Masse, sein Drehimpuls und seine elektrischen Ladung, doch es ist schwierig, diese Werte zu bestimmen. Die Ladung wird für gewöhnlich als vernachlässigbar klein angesehen und beim Modellieren nicht beachtet. Die Masse kann aus periodischen Bahnbewegungen bestimmt werden, wenn das Schwarze Loch von Material oder Begleiter umkreist wird. Der Drehimpuls wird aus der modellierten Form von Emissionslinien, wie zum Beispiel aus dem weit verbreiteten Element Eisen, abgeleitet. Die Atome rotieren in der Scheibe um das Schwarze Loch, einige nah an der dichtest möglichen Umlaufbahn, bevor sie eingefangen werden; die Rotation der Scheibe, gemessen durch diese Atome, spiegelt ihrerseits die Rotation des Schwarzen Lochs selbst wieder.

Fünf Astronomen, darunter E. Nardini vom CfA, beendeten eine mit dem japanischen Suzaku-Röntgensatelliten durchgeführte einzigartige, systematische Untersuchung von fünfundzwanzig Galaxien mit aktiven Kernen, deren Schwarze Löcher ungestüm Material akkretieren und ihre Umgebung aufheizen. Die Wissenschaftler wählten eine Stichprobe an Galaxien aus, die frontal (Face-on) zu sehen sind und entlang der Sichtlinie zum Kern wenig oder keinen Staub aufweisen, der die Strahlung abschwächen und dadurch die Auswertung schwieriger gestalten könnte. Die Astronomen modellierten beides – die Kontinuums-Röntgenstrahlung und die Röntgenstrahlung der heißen Atome aus diesen Galaxien und kommen zu zwei bedeutsamen Schlußfolgerungen. Erstens: die meisten supermassereichen Schwarzen Löcher rotieren tatsächlich schnell. Wenn Materie auf ein Schwarzes Loch stürzt, kann dies die Rotation entweder beschleunigen (sofern es ein geordneter und allmählicher Prozeß ist) oder verlangsamen (falls das Einfallen mehr zufällig geschieht) und daher besagt diese Schlußfolgerung, daß die Fütterung eines Schwarzen Lochs im Kern ein gleichmäßiger und geordneter Prozeß war. Zweitens: die Forscher folgern für eine damit in Zusammenhang stehende Frage, daß die Stärke der Radioemission des galaktischen Kerns nicht unmittelbar mit der Rotation des Schwarzen Lochs in Beziehung steht.

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