Astronomen der Moskauer Staatsuniversität schlugen einen neuen Weg vor, um die Masse der supermassiven Schwarzen Löcher außerhalb unserer Galaxie abzuschätzen.
Schwarze Löcher sind kosmische Körper, in denen die Anziehungskraft so groß ist, dass selbst Licht nicht aus ihnen entweichen kann. Ihre Existenz folgt aus der modernen Gravitationstheorie - der allgemeinen Relativitätstheorie, deren Begründer Albert Einstein war.
Trotz der Tatsache, dass das Vorhandensein von Schwarzen Löchern in der Natur nicht streng nachgewiesen wurde, haben Astronomen Grund zu der Annahme, dass solche Objekte existieren. Zum Beispiel haben sie wiederholt Phänomene beobachtet, die mit einer enormen Energiefreisetzung einhergehen, was nur durch die Wechselwirkung massiver Schwarzer Löcher mit der auf sie fallenden umgebenden Materie erklärt werden kann. In diesem Fall entsteht aufgrund von Reibung und Erwärmung der Substanz Strahlung, die es ermöglicht, indirekt ein Schwarzes Loch zu "sehen".
Wenn es keine Akkretion gibt - den Fall von Materie auf einen kosmischen Körper aufgrund seiner Anziehungskraft -, ist es äußerst schwierig, etwas über die Existenz eines Schwarzen Lochs zu lernen. Forscher des Sternberg Astronomical Institute der Moskauer Staatlichen Universität unter der Leitung von Elena Seifina interessierten sich für solche "ruhenden" supermassiven Schwarzen Löcher außerhalb unserer Galaxie und schlugen eine Methode zur Schätzung ihrer Masse vor, auch wenn sie sich kaum manifestieren. Die Forschungsergebnisse werden in der Zeitschrift Astronomy and Astrophysics veröffentlicht.
Alles begann mit der Tatsache, dass Astronomen mehrere Fackeln aus extragalaktischen Quellen bemerkten. Einer von ihnen, Swift J1644 + 57, wurde 2011 von mehreren Weltraumobservatorien (RXTE, Swift und Suzaku) im Röntgen- und Gammabereich beobachtet.
Anfangs glaubten die Forscher, einen Gammastrahlenausbruch gesehen zu haben, der bereits in fernen Galaxien beobachtet wurde. Normalerweise verschwindet die Emission solcher Fackeln jedoch nach ein oder zwei Tagen, während in diesem Fall nach zwei Tagen der Ausbruch noch heller wurde. Insgesamt wurde der Ausbruch zwei Jahre lang beobachtet, danach ging er aus.
Astronomen begannen zu vermuten, dass sie eine Gezeitenzerstörung eines Sterns beobachteten, der ein kurzes Stück von einem supermassiven Schwarzen Loch entfernt (innerhalb von drei Gravitationsradien) flog. Der Stern kollabiert aufgrund der Tatsache, dass sich die Schwerkraft auf der Seite des Sterns in der Nähe und in der Ferne des Schwarzen Lochs erheblich unterscheidet. Gleichzeitig fällt seine Materie nicht sofort auf das Loch, sondern bildet eine temporäre Akkretionsscheibe, die hell zu leuchten beginnt, wie auf der Erde zu sehen ist.
Zuvor beobachtete Elena Seifina ähnliche Fackeln mit bekannten Objekten, die sowohl innerhalb als auch außerhalb unserer Galaxie als Schwarze Löcher gelten, und fand heraus, wie sich die Steigung des Röntgenspektrums (das Diagramm der Abhängigkeit der Strahlungsintensität von der Frequenz) während der Zunahme der Leuchtkraft ändert.
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Sie identifizierte Merkmale im Spektrum, die eindeutig auf das Vorhandensein von Schwarzen Löchern hinwiesen. Astronomen schlugen vor, dass, wenn die Formen der Spektren ähnlicher Fackeln ähnlich sind, auch die darin ablaufenden Prozesse ähnlich sind. Daher werden sie auch durch das Auseinanderreißen von Sternen durch Schwarze Löcher verursacht. Dies ermöglicht die Entdeckung neuer Objekte - Kandidaten für Schwarze Löcher.
Astronomen bestimmen die Massen bereits beobachteter Schwarzer Löcher, indem sie die maximale Leuchtkraft der um sie herum gebildeten Akkretionsscheiben aus fallender Materie bestimmen, unter der Annahme, dass in der Scheibe ein Gleichgewicht zwischen dem Druck elektromagnetischer Strahlung und den Gravitationskräften erreicht wurde.
Durch den Vergleich der Spuren (die Abhängigkeit der Spektrumsteigung von der Akkretionsrate) bekannter Objekte mit den Spuren, die für neue extragalaktische Fackeln erhalten wurden, konnten die Forscher unsichtbare Schwarze Löcher "wiegen". Die neue Methode zum "Wiegen" ruhender extragalaktischer Schwarzer Löcher ermöglicht die Verwendung von Daten zu bekannten galaktischen Objekten, wie zum Beispiel dem bekannten Objekt Cygnus X-1 mit einem Schwarzen Loch in der Mitte, das seit langem von Astronomen untersucht wurde. Berechnungen haben gezeigt, dass Swift J1644 + 57 beim Ausbruch tatsächlich mit einem supermassiven Schwarzen Loch mit einer Masse von 7 × 106 Sonnenmassen assoziiert ist.
Wenn frühere Beobachtungen im ultravioletten Bereich verwendet wurden, um die Massen von Schwarzen Löchern abzuschätzen, können wir uns mit der neuen Methode auf den Röntgenbereich beschränken.
Astronomen hoffen, dass die Vielseitigkeit der neuen Methode dazu beitragen wird, die vielen Massen verschiedener extragalaktischer Objekte wie der Kerne von Seyfert-Galaxien und anderen zu bewerten, wenn traditionelle Methoden grundsätzlich nicht funktionieren.
Gestützt auf Materialien des Pressedienstes der Moskauer Staatlichen Universität
Verfasser: Alexey Ponyatov
