Was denkt ihr, zeigt dieses Bild?

Ok, dumme Frage. Das hab ich ja schon in der Überschrift verraten. Man sieht ein schwarzes Loch, das gerade einen Stern verschluckt. Obwohl man sich vermutlich ziemlich anstrengen muss, genau das in diesem Bild zu erkennen. Sehr viel anstrengen: Man muss Astronomie studieren, sich auf die Beobachtung hochenergetische Ereignisse im Kosmos spezialisieren und Zugang zu einem Weltraum-Röntgenteleskop haben. Dann kann man die Daten dieses Teleskops das dieses Bild gemacht hat entsprechend interpretieren. Zum Glück gibt es Leute wie Dheeraj Pasham von MIT und seine Kollegen die genau das können und genau das gemacht haben (“A Remarkably Loud Quasi-Periodicity after a Star is Disrupted by a Massive Black Hole”.)

Das schwarze Loch um das es geht und die Tatsache das es gerade einen Stern verschluckt, hat man schon 2014 entdeckt. Es trägt den schönen Namen ASASSN-14li und man hat an seiner Helligkeit erkannt, was es da treibt. Denn auch wenn schwarze Löcher ja selbst per Definition kein Licht aussenden, tut das die Materie in seiner unmittelbaren Umgebung. Zumindest dann, wenn da Materie ist. Das ist aber bei den sehr großen schwarzen Löcher in den Zentren großer Galaxien oft der Fall. Und wenn ein Stern dem Loch dann zu nahe kommt, wird er von dessen starker Gravitationskraft auseinander gerissen. Das Material umkreist das schwarze Loch dann enorm schnell, bevor es hinter seinem Ereignishorizont für immer verschwindet. Zuvor wird es durch die schnelle Bewegung aber noch stark aufgeheizt und strahlt sehr hell.

Genau das hatte man 2014 beobachtet; im Zentrum einer 290 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie. Dheeraj Pasham und seine Kollegen haben nun aber noch einmal genau auf die Daten geschaut. Sie waren daran interessiert die Rotation des schwarzen Lochs zu messen. Recht viele Eigenschaften hat so ein schwarzes Loch ja nicht. Es hat eine Masse, eine elektrische Ladung und einen Drehimpuls. Und das sind tatsächlich schon alle Eigenschaften, die es hat. Zu messen, wie schnell sich ein schwarzes Loch dreht, ist aber knifflig. Man sieht es ja nicht. Aber wenn da gerade ein Stern verschluckt wird, bildet er für kurze Zeit eine “Akkretionsscheibe”. Das Material aus dem der Stern bestand, ordnet sich in einer rotierenden Scheibe um das Loch an und aus der Rotation dieser Scheibe kann man die Rotation des Lochs berechnen. Wenn man denn weiß, wie schnell die Scheibe rotiert.

Das kann man aber herausfinden, wenn man sich die Sache im Röntgenlicht ansieht. Denn dort strahlt so eine Scheibe besonders hell; bis jetzt ist es aber noch nicht gelungen, die Rotation einer Scheibe in unmittelbarer Nähe des schwarzen Lochs zu beobachten. Pasham und seine Kollegen haben sich nun aber noch einmal ganz genau die Daten des Weltraum-Röntgenteleskops XMM-Newton aus dem fraglichen Zeitraum angesehen. Und tatsächlich ein periodisches Röntgensignal entdeckt. 450 Tage lang wurde die Umgebung des schwarzen Lochs mit einer Periode von 131 Sekunden im Röntgenlicht heller und dunkler. Das war genau das, was man erwarten würde, wenn da ein zerlegter Stern seine letzten Runden dreht und noch nie hatte man so etwas so lange und so gut beobachten können.

Gut genug auf jeden Fall, um die Rotationsgeschwindigkeit des schwarzen Lochs zu berechnen. Und die ist gewaltig: Das Ding dreht sich mit 50 Prozent der Lichtgeschwindigkeit um seine Achse!

“Erstaunlich” ist fast schon untertrieben, um diese Beobachtung zu beschreiben. Es war zu erwarten, dass solche Objekte sich mit solchen Geschwindigkeiten drehen. Aber das auch konkret zu beobachten ist wieder eine ganz andere Sache: 290 Millionen Lichtjahre von uns entfernt befindet sich ein Objekt das ein paar Millionen Mal schwerer ist als unsere Sonne und sich mit halber Lichtgeschwindigkeit um seine Achse dreht! Irgendwie wird das auch nicht anschaulicher, wenn man es wiederholt. Aber es zeigt, dass das Universum ein Ort ist in dem Dinge geschehen, die faszinierender sind als alles was wir uns vorstellen können. In der Umgebung so eines Objekts wie ASASSN-14li herrschen Bedingungen die so extrem sind, dass sie komplett jenseits unserer Alltagserfahrung liegen. Raum und Zeit werden dort aufs butalste verzerrt, ganze Sterne werden auseinander gerissen und gewaltige Mengen an Energie und Strahlung werden hinaus ins All geschleudert. Bis zu uns – wo wir den Vorgängen im Kosmos nur mit Staunen zusehen können…

Kommentare (8)

  1. #1 Christian Berger
    14. Februar 2019

    Auf welchen Punkt beziehen sich denn die 50% der Lichtgeschwindigkeit? Ist das die Geschwindigkeit mit der sich der Ereignishorizont am “Äquator” dreht?

  2. #2 René
    14. Februar 2019

    @Christian Berger

    Gemeint ist wahrscheinlich die Roationsgeschwindigkeit des Ringes, welches das schwarze Loch in der ART beschreibt. In der ART ist ein nicht rotierendes schwarzes Loch ja ein Punkt ohne Dimension. Wenn es rotiert, ist es ein Ring. Wahrscheinlich ist hier die Ringdrehgeschwindigkeit gemeint. Es könnte aber auch sein, dass es die Geschwindigkeit am Ereignishorizont ist.
    Ich schätze aber ersteres.

  3. #3 Patrick
    Bielefeld
    14. Februar 2019

    Die Geschwindigkeit wird anhand des materialrings bestimmt der um das schwarze Loch rotiert ist aber auch im Text klar beschrieben

  4. #4 Wizzy
    14. Februar 2019

    @Patrick

    Das ist uns allen klar, aber (aus der Pressemitteilung des Chandra Röntgenteleskops zum Paper) “[Tracking of the rotating disk] gives us information about the spin rate of the supermassive black hole itself.” “The observations imply that the _black hole’s event horizon_ and space-time are spinning rapidly, at about half the speed of light or faster.”

  5. #5 Robert
    München
    14. Februar 2019

    Ich finde auch die Aussage über die Rotationsgeschwindigkeit mehrdeutig, kann sie auch nicht im verlinkten Paper wiederfinden. Dort steht was, ueber den Rotationsparameter a (Drehimpuls/Masse^2), der zwischen 0 und 1 liegen sollte und der recht dicht bei 1 ist (wie man es auch erwarten wuerde): In gewissem Sinn besteht damit ein Großteil der Masse des Schwarzen Lochs aus Rotationsenergie.

  6. #6 Alderamin
    14. Februar 2019

    @Christian Berger

    Ist das die Geschwindigkeit mit der sich der Ereignishorizont am “Äquator” dreht?

    Ja. Es geht um den Parameter a der Rotation des Schwarzen Lochs. Was a ist und wie sich daraus die Rotationsgeschwindigkeit am Ereignishorizont ergibt, siehe diesen Artikel.

  7. #7 Robert
    München
    15. Februar 2019

    Mit anderen Worten, es gibt beim Horizont eine minimale Winkelgeschwindigkeit (dphi/dt), die noch zeitartig ist (also die Weltlinie eines massiven Teilchens beschreiben kann), diese mit dem Horizontradius malgenommen ergibt dann die Geschwindigkeit. Aber das ist natürlich eine Geschwindigkeit, wie sie von einem weit entfernten Beobachter wahrgenommen wird, der fallende Stern waehnt sich natürlich in Ruhe (und es ist ja auch eine minimale Geschwindigkeit, der Stern könnte also durchaus schneller um das schwarze Loch kreisen).

  8. #8 Wizzy
    15. Februar 2019

    @Robert
    Meines Erachtens kann der hereinfallende Stern langsamer um das Schwarze Loch kreisen als der Ereignishorizont selbst kreist. Wie stark das Schwarze Loch mit seiner Raumzeitverwirbelung Objekte in etwas Abstand zum Ereignishorizont “mitnimmt” ist mir nicht klar, aber ich bin mir recht sicher diese müssen in der Nähe zum Loch keineswegs genau gleich schnell kreisen. Denn im Unendlichen ist die Raumzeit durch das drehende Schwarze Loch ja so gut wie nicht gestört, der Mitdreh-Effekt schwindet also mit zunehmender Entfernung. Deshalb schreiben die Autoren in dem von mir zitierten Presseerklärung (zu einem ähnlichen Paper) auch, der Event Horizon könne sich auch “faster” drehen.