Einem Schwarzen Loch sollte man besser nicht zu nahe kommen. Es ist zwar keine Staubsauger, aber in seiner Nähe können trotzdem Kräfte wirken, die einen Stern zerreißen können. Zwei Forschungsteams haben diesen Vorgang jetzt anscheinend beobachten können.

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Entdeckt wurde das ganze von SWIFT, einem Satelliten der NASA, der nach Gammablitzen (also starken Ausbrüchen von Gammastrahlen, hochenergetischen Röntgenstrahlen) sucht.

ResearchBlogging.orgGammablitze entstehen vermutlich bei Supernovaexplosionen oder wenn zwei Neutronensterne kollidieren. Der Gammablitz vom 28. März dieses Jahres war allerdings ungewöhnlich: Normalerweise klingt die Helligkeit von Gammablitzen relativ schnell wieder ab, dieser aber blieb über mehrere Wochen hinweg hell und zeigte dabei auffallende Helligkeitsschwankungen. Auch aktive Galaxienkerne können starke Gammastrahlen aussenden, aber ihre Helligkeit variiert weit weniger als die des neuen Gammablitzes, der im nature-Artikel den Namen Swift J164449.3 + 573451 hat, auf der NASA-Homepage aber kurz Swift J1644+57 genannt wird. Andere Gammaquellen, die vergleichbar starke Schwankungen zeigen, sind wiederum bei weitem nicht so hell.

So sieht die Gamma-Quelle aus, in weiß und purpur seht ihr die UV- und die sichtbare Strahlung, in gelb und rot die Röntgenanteile:

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(Quelle: NASA)

Eine gleichzeitige Untersuchung mit Radioteleskopen zeigte am selben Ort eine starke Radioquelle, die zu einer Galaxie gehört, und die ebenfalls in kurzer Zeit heller wurde:

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(Quelle: NASA)

Hier seht ihr den Bereich, in dem laut Swift-Beobachtung die Quelle sitzen muss, als weißen Kreis. Links seht ihr das Beobachtungsergebnis mit Radioteleskop, rechts das Ergebnis einer optischen Beobachtung. In Teilbild a markiert das Strichende das Zentrum der Radioemission und der kleine Kreis das optische Zentrum der Galaxie, in Teilbild b ist umgekehrt das Strichende das Zentrum der Galaxie und der Kreis das Zentrum der Radioemission. (Es gibt zwei Darstellungen, damit man jeweils die Unsicherheiten erkennt.) Im Rahmen der Messgenauigkeit fallen also die Gammablitz-Quelle, das Zentrum der Galaxie und die Quelle der Radiostrahlung zusammen.

Daraus lässt sich schließen, dass der Auslöser des Gammablitzes ein Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie sein dürfte. Da die Helligkeitsschwankungen in relativ kurzer Zeit auftreten, muss das aussendende Objekt einigermaßen klein sein (wegen der endlichen Lichtgeschwindigkeit kann ein sehr großes Objekt ja nicht ohne weiteres Signale mit schneller Schwankung aussenden). Mit ein bisschen Mathematik (hat Florian mal schön erklärt) lässt sich daraus berechnen, wie schwer das verursachende Schwarze Loch maximal sein kann, um die beobachteten Helligkeitsschwankungen (die zum Teil in Minuten passierten) erzeugen zu können – man kommt dabei auf eine Masse von etwa 7Millionen Sonnemassen.

Absichern lässt sich diese Zahl auch durch die Beobachtung der zugehörigen Galaxie – man weiß inzwischen genug über Galaxien, dass man eine Idee hat, wie schwer ihre Schwarzen Löcher im Zentrum maximal sein können. Für die Galaxie die zu Swift J1644+57 gehört, ergibt sich eine Obergrenze von 20 Millionen Sonnemassen. Das Schwarze Loch hat also eine Masse ein paar Millionen Sonnen, das ist viel, aber nicht gigantisch – andere Galaxien haben Schwarze Löcher mit Milliarden von Sonnenmassen im Zentrum.

Als nächstes berechneten die Forscher, wieviel Energie das Schwarze Loch abstrahlt. Es ist nicht besonders schwer, aus der bekannten Entfernung (durch die Rotverschiebung) und der beobachteten Helligkeit zu berechnen, wie groß die tatsächliche Helligkeit sein muss. Nimmt man an, dass die Energie in alle Richtungen abgestrahlt wird, kommt man aber auf einen Wert, der für ein Schwarzes Loch dieser Größe unmöglich passen kann. Allein der Strahlungsdruck würde das Material um das Schwarze Loch herum blitzschnell wieder wegdrücken, so dass die Quelle sofort erlöschen würde.

Die Strahlung geht also nicht in alle Richtungen weg, sondern konzentriert sich in enge Bereiche – die naheliegendste Erklärung sind Jets: Gerichtete Teilchenstrahlen, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen. Aus einer Analyse der ausgesandten Wellenlängen lassen sich einige Rückschlüsse darüber ziehen, wie dieser Jet beschaffen ist, aber ich gebe ehrlich zu, dass ich die zugehörigen Analysetechniken nicht im Detail verstehe.

Die gewonnenen Daten lassen ein Szenario plausibel erscheinen: Der Gammablitz ist entstanden, als ein Stern zu dicht am Schwarzen Loch vorbeizog und von dessen Gezeitenkräften zerrissen wurde. (Gezeitenkräfte entstehen, weil der Teil des Sterns, der dichter am Schwarzen Loch ist, stärker angezogen wird als der weiter weg liegende Teil. Oder, anders veranschaulicht, weil die Raumzeit in der Nähe des Schwarzen Lochs stark verzerrt ist. Details habe ich hier erklärt.)

Hier eine künstlerische Darstellung des Vorgangs (von der NASA):

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Ihr seht, wie der Stern sich dem Schwarzen Loch nähert und zerrissen wird. Weil der Stern sich auf einer Bahn um das Loch herum befand, hat die einstürzende Materie einen hohen Drehimpuls und formt deshalb eine Scheibe, die Akkretionsscheibe. Der Rest des Sterns (der dabei natürlich zerstört wird) fliegt als heißes Gas ins All. Die Teilchen, die in der Akkretionsscheibe nach innen beschleunigt werden, werden durch das vorhandene Magnetfeld teilweise konzentriert und in einem Jet davongeschleudert.

Modellrechnungen (das ist nicht alles so wischi-waschi, wie es sich hier liest), mit denen das Strahlungsspektrum verglichen wird, zeigen, dass das Zerreißen eines Sterns tatsächlich zu einem solchen Jet mit der beobachteten Stärke und dem entsprechenden Verhalten führen kann – das kam ein bisschen überraschend, denn bisherige Modelle haben die Möglichkeit dieser Jets nicht berücksichtigt.

Natürlich braucht man eine gehörige Portion Glück, um so etwas zu beobachten, denn den Jet können wir ja nur sehen, wenn er in unsere Richtung zeigt. Wieviel Glück genau? (Ja, da sind Physiker am Werk, die quantifizieren alles…) Man weiß, wie lange SWIFT den Himmel bisher beobachtet hat und wieviel Fläche dabei angeschaut wurde. Dabei wurde dieses eine Ereignis entdeckt. Daraus kann man grob abschätzen, wie viele solcher Ereignisse es im Universum geben sollte. Dazu muss man noch abschätzen, wie wahrscheinlich es ist, dass der Jet genau in unsere Richtung zeigt – diese Wahrscheinlichkeit ist – wenn ich das paper richtig verstehe, die Formulierung ist für Nicht-Astrophysiker etwas kryptisch – 1:1000. Das Ergebnis liegt (wieder unter Vorbehalt, dass ich hier alles richtig lese) bei 100 Ereignisse pro Gigaparsec und Jahr. In einem Würfel von 3Milliarden Lichtjahren Kantenlänge passiert es also alle paar Tage, dass ein Stern von einem Schwarzen Loch zerrissen wird. Diese Zahl wiederum mag in der Zukunft helfen, die Zahl Schwarzer Löcher im Universum besser abszuschätzen.

Handelt es sich wirklich um einen zerrissenen Stern, der von einem Schwarzen Loch gefressen wird? Das wird die Zukunft zeigen. Denn wenn das Schwarze Loch den Stern frisst, wird die Helligkeit des Jets im Laufe der Zeit abnehmen. Swift J1644+57 steht weiter unter Beobachtung.


Zauderer, B., Berger, E., Soderberg, A., Loeb, A., Narayan, R., Frail, D., Petitpas, G., Brunthaler, A., Chornock, R., Carpenter, J., Pooley, G., Mooley, K., Kulkarni, S., Margutti, R., Fox, D., Nakar, E., Patel, N., Volgenau, N., Culverhouse, T., Bietenholz, M., Rupen, M., Max-Moerbeck, W., Readhead, A., Richards, J., Shepherd, M., Storm, S., & Hull, C. (2011). Birth of a relativistic outflow in the unusual γ-ray transient Swift J164449.3+573451 Nature, 476 (7361), 425-428 DOI: 10.1038/nature10366

Burrows, D., Kennea, J., Ghisellini, G., Mangano, V., Zhang, B., Page, K., Eracleous, M., Romano, P., Sakamoto, T., Falcone, A., Osborne, J., Campana, S., Beardmore, A., Breeveld, A., Chester, M., Corbet, R., Covino, S., Cummings, J., D’Avanzo, P., D’Elia, V., Esposito, P., Evans, P., Fugazza, D., Gelbord, J., Hiroi, K., Holland, S., Huang, K., Im, M., Israel, G., Jeon, Y., Jeon, Y., Jun, H., Kawai, N., Kim, J., Krimm, H., Marshall, F., P. Mészáros, ., Negoro, H., Omodei, N., Park, W., Perkins, J., Sugizaki, M., Sung, H., Tagliaferri, G., Troja, E., Ueda, Y., Urata, Y., Usui, R., Antonelli, L., Barthelmy, S., Cusumano, G., Giommi, P., Melandri, A., Perri, M., Racusin, J., Sbarufatti, B., Siegel, M., & Gehrels, N. (2011). Relativistic jet activity from the tidal disruption of a star by a massive black hole Nature, 476 (7361), 421-424 DOI: 10.1038/nature10374

Wer keinen Zugriff auf Nature hat, kann sich auch bei der Nasa informieren

Kommentare (18)

  1. #1 rolak
    28. August 2011

    Es gibt eindeutig ungemein interessante Geschehen, an die ich trotzdem nicht wesentlich näher herankommen möchte 😉 Die Gammaquelle sieht doch tatsächlich wie das aufreißende Universum persönlich aus…

  2. #2 roel
    28. August 2011

    @MartinB Super Beitrag, sehr verständlich und ausführlich geschrieben.

  3. #3 MartinB
    28. August 2011

    @roel
    Danke, hüstel, hab ich aber ehrlich gesagt heute vormittag in relativ kurzer Zeit runtergehackt…

    @rolak
    Ja, Gammaquellen sind toll, aber nur auf Entfernung

  4. #4 roel
    28. August 2011

    @MartinB Trotzdem super Beitrag, wie auch die “Verschachtelte Symbionten”!

  5. #5 Johannes K.
    29. August 2011

    @MartinB: Wie immer ein guter Beitrag. Eine Frage stellt sich mir aber immer noch:

    Hat man inzwischen herausgefunden wie diese Gammablitze diese großen Entfernungen zurücklegen können?

  6. #6 jitpleecheep
    29. August 2011

    Hat man inzwischen herausgefunden wie diese Gammablitze diese großen Entfernungen zurücklegen können?

    Wieso inzwischen? Gammastrahlung ist einfach nur elektromagnetische Strahlung, wie Licht auch. Also: die legen sie genauso zurück, wie das Licht auch.
    Freistetter hat eine Mini-Serie zu Gammablitzen für mehr Details:
    http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/01/was-ist-ein-gammablitz-teil-1.php
    http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/01/was-ist-ein-gammablitz-teil-2.php

  7. #7 Ireneusz Cwirko
    29. August 2011

    Vor drei Jahren habe ich ein Modell der Entwicklung der Galaxien formuliert

    http://www.cwirko.de/Galaxieklassifizierung.pdf

    und ein System der Klassifizierung vorgeschlagen, in dem die Einstufung del Galaxie zu jeweiligen Klasse auf Grund der Stellung in dem Entwicklungsschema erfolgte.

    Damals als ich die Klassifizierung der Galaxien ausgearbeitet habe, habe ich zwar postuliert, dass die Materie in Zentrum der Galaxie vernichtet wird, ich wusste aber nicht, dass dort auch gleichzeitig ein Prozess der Entstehung der Materie stattfindet.

    Inzwischen haben sich meine Vorstellungen in Bezug auf die Funktionsweise des Universum konkretisiert und ich bin zu dem Schluss gekommen, dass die Zerstörung der Materie in Zentrum des Galaxis durch ein Entstehungsprozess der Materie übertroffen wird.

    Ein langsamer Überging von einer Spiralgalaxie zu einer Elliptischen Galaxie ist durch einen Prozess der Entfernung der Arme der Spiralgalaxie von dem Zentrum begleitet.
    Die Sonnen die sich in der Peripherie der Galaxie befinden werden aber nicht einfach im Raum verteilt, sondern umgekehrt, sie verbinden sich zu gemeinsamen Strukturen die wir als Kugelsternhaufen bezeichnen.

    http://de.wikipedia.org/wiki/Kugelsternhaufen

    fast jeder von diesen Kugelsternhaufen wird mit der Zeit zu einer ausgewachsenen Galaxie heranwachsen.
    Die Kugelsternhaufen beenden ihre Evolution nämlich nicht in diesem Stadium, sondern die Sterne die sie bilden, werden durch gegenseitige Einwirkung immer dichter im Raum verteilt. Mit der Verringerung der Entfernung zwischen den Sternen vergrößern sich aber gleichzeitig die Oszillationen der Raumvakuolen im Zentrum des Kugelsternhaufens.

    Mit der Zeit wächst nicht nur die Dichte der Sterne in dem Kugelsternhaufen aber auch die Regelmäßigkeit deren Verteilung.

    Dieser Aspekt ist z.B. von den Astrophysikern komplett missachtet obwohl er den Schlüssel zum Verständnis der Entwicklung der Galaxien und des Universums bildet.
    Mit der Zuwachs der Regelmäßigkeit der Verteilung der Sterne in dem Kugelsternhaufen wächst auch die Frequenz der Oszillationen der Raumvakuolem bis zu eintreten der Interferenzkatastrophe.

    In dem Moment wo die Sterne eine perfekte Regelmäßige Verteilung in dem Raum erreichen, kommt es zu so einem starken Anstieg der Oszillationen des Raumes in Zentrum der Kugelsternhaufen, dass plötzlich die Sterne im Zentrum in ein Bereich geraten wo die Materie nicht existieren kann und die Materie der Sterne beginnt sich zu zersetzen.
    In einem einzigen Augenblick wandelt sich unsere Kugelsternhaufen in einen Quasar

    http://de.wikipedia.org/wiki/Quasar

    In dieser Phase der Entwicklung einer Protogalaxie wird die Materie in Zentrum des Kugelsternhaufens vernichtet und als Raumvakuole und Elementarteilchen emmitiert. Gleichzeitig am Rande des Kugelsternhaufens verbinden sich diese Photonen und Elementarteilchen mit der Raumvakuolen und dadurch wird neue Materie generiert. Der Prozess wird von einer Phase der Entstehung der neuen Sterne begleitet.

    Weil die beiden Bereiche sehr nah beieinander sind und die Intensität der Entstehung der Materie sehr groß ist verschiebt sich der Bereich der Entstehung der Materie Richtung Peripherie der Kugelsternhaufens und gleichzeitig dehnt sich der Bereich wo die Materie nicht existieren kann.
    Das bedeutet, dass immer weitere Bereiche des Kugelsternhaufens in die Phase der Zerstörung der Materie übergehen.

    Es passiert aber noch etwas erstaunliches. Auch die Materie die am Anfang der Existenz des Quasar entstanden war wird jetzt immer mehr in dieses Prozess der Zerstörung eingebunden und zerfällt zu den Raumvakuolen.

    Es bedeutet dass der Quasar quasi ein Perpetuum mobile bildet und die Materie zu seiner weiteren Existenz sich selbst herstellen kann.
    In der Phase des Quasar wächst drastisch die Menge der Materie in seiner Umgebung und langsam entsteht eine normale Galaxie.

    Weitere Phasen der Entwicklung der Galaxien habe ich in meinem Papier „Klassifizierung von Galaxien auf der Grundlage der Theorie der
    gravitativen Entkoppelung“ beschrieben.

    http://www.cwirko.de/Galaxieklassifizierung.pdf

    Diese Mechanismus ist in unserem Universum überall vorhanden und regelt nicht nur die Entstehung des Universums selbst

    http://www.cwirko.de/Universum.pdf

    sonder auch die Entstehung der Galaxien, Sternnebel, Supernova

    http://de.wikipedia.org/wiki/Supernova_1987A

    und in kleinem Maßstab den radioaktive Zerfall.
    Auch solche Strukturen wie Unendlichkeits-Symbol in Zentrum der Milchstraße

    http://www.readers-edition.de/2011/0…-milchstrasse/

    lassen sich durch diesen Mechanismus leicht erklären.

    Es ist also nicht so dass die Materie in den „Schwarzen Löcher“ irgendwie verschwindet. In Wirklichkeit ist es umgekehrt, es wird immer mehr Materie von den „Schwarzen Löcher“ generiert und die Anzahl der Galaxien beständig wächst.

    Blieb unbemerkt im Spamfilter hängen. Ich glaube aber auch nicht, dass dies das richtige Forum ist, um irgendwelche wirren Privatideen zu verbreiten…

  8. #8 Johannes K.
    29. August 2011

    @jitpleecheep

    Mir ist schon klar das es sich bei Gammastrahlung um sehr hochenergetische EM-Strahlung handelt (sehr hohe Frequenz). Allerdings müsste doch diese Strahlung selbst von den vielen wasserstoffhaltigen Nebeln / Sonnenwinden absorbiert werden?!

  9. #9 MartinB
    29. August 2011

    @JohannesK
    Da wird sicher ein Teil absorbiert – leider weiß ich auf die Schnelle nicht, wie groß der Anteil ist. Ich erinnere mich düster, dass der nicht so sehr groß ist, aber beschwören kann ich das nicht…

  10. #10 Nob
    29. August 2011

    Ich hab schon ein paar Beiträge zu dem Ereignis gelesen, kann es ein, dass es Mode wird, solche zweifellos sensationsträchtigen Ereignisse boulevardmäßig hübsch zu machen? Ich frage mich angesichts dieser Beobachtungen vor allem, wie kann Strahlung vom Zerreißen eines Sterns und eines “irgendwie” dadurch verursachten Jets bei uns gleichzeitig ankommen, wenn man die vielfach diskutierten Krümmungen der Raumzeit in der Nähe eines EH im Hinterkopf hat? Ist das vielleicht ein Argument für die Vermutung, dass alles, was im SL geschieht, in einer zweidimensionalen Oberfläche stattfindet? Wie überhaupt können wir etwas, das aus einem SL entkommt als Gammastrahlung empfangen? (Jemand hat mir mal erklärt, die entsteht erst sehr weit außerhalb. Aber wenn das so ist – warum vergeht dann nicht Zeit derweil?) Ein Hammer wäre aus meiner Sicht, wenn solche Gammastrahlung seine Ursache in Negativphasen von Gravitationswellen hätte, also wenn Emissionen gerade in so einem Raumzeitelement stattfänden und dadurch blauverschoben wären.

    Ebenfalls im Spamfilter, und ich hab’s nicht bemerkt, tut mir Leid. Ich probiere mal, ob die höheren Sb-Mächte da etwas tun können.

  11. #11 Johannes K.
    29. August 2011

    @ MartinB

    Danke erstmal für die Antwort.

    Ich meine mich aber erinnern zu können mal in einem Buch von J. Richard Gott gelesen zu haben das Gammaraybursts eigentlich die großen Strecken garnicht zurücklegen können sollten, weil sie schon von sehr wenigen Partikeln absorbiert werden würden.

    Wie auch immer, wenn die Absorptionsrate berechenbar ist wird es wohl doch inzwischen verstanden worden sein. Hab ich doch mal wieder was gelernt. 😉

  12. #12 MartinB
    29. August 2011

    @JohannesK
    Habe eben nochmal die NASA-Seite überflogen:
    http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l1/bursts.html
    Da wird viel erklärt, aber die Absorption im interstellaren Raum leider nicht.

    Dann habe ich noch dieses sehr alte paper entdeckt, da wird gesagt, dass die Absorption im interstellaren Raum groß ist, aber ich kann das auf die Schnelle nicht quantitativ nachvollziehen:
    http://articles.adsabs.harvard.edu//full/1983ICRC….9…69C/I000071.000.html

    Und das hier hab ich auf die Schnelle noch entdeckt, aber nicht gelesen:
    http://www.mendeley.com/research/vhe-gamma-ray-absorption-galactic-interstellar-radiation-field-1

    http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0202104

    Was kurzes Anschauliches war leider nicht dabei :-(

  13. #13 Johannes K.
    29. August 2011

    @MartinB: Vielen Dank für die Links. Ich hab mir das meisste mal ausgedruckt und werd mir das als Abendlektüre mal anschauen.

    -Immerhin scheint die Absorption ja wirklich ziemlich hoch zu sein.

  14. #14 MartinB
    29. August 2011

    @JohannesK
    Wenn du was griffiges rausbekommst, sag doch gern Bescheid.

  15. #15 Johannes K.
    29. August 2011

    @MartinB: Also so wie es aussieht ist die Absorbtion (wie man schon vermuten kann) abhängig von der Rotverschiebung (z), also der Entfernung, der Quelle. Sowie den ausgesendeten Wellenlängen (oder 1/Frequenzen 😉 ). Allerdings kommt es mir so vor als ob die Modelle noch nicht so ausgereift sind. Insgesamt scheinen aber unterschiedliche Wellenlängen teilweise 20-30 Mal so stark gedämpft zu werden wie andere. Ich verstehe manche Begriffe/Abkürzungen die scheinbar in der Astrophysik Standart sind nicht ganz so genau um wirklich was genaueres zur Abhängigkeit mit der Entfernung geben zu können, allerdings scheint es so als ob die Gamma-Blitze zu Energiereich sind um über die Entfernung wirklich viel von ihrer ursprünglichen Energie einzubüßen. (Alle Angaben ohne Gewähr 😉 )

  16. #16 MartinB
    30. August 2011

    @JohannesK
    Danke!

  17. #17 MartinB
    11. September 2011

    @Nob
    Ich habe deinen Kommentar nicht verstanden: Wir sehen die Gamma-Strahlung, die der Jet emittiert, der aus dem Material stammt, das auf das Schwarze Loch stürzt. Das passiert alles außerhalb des Ereignishorizonts – die Effekte der ZEitdilatation sind da noch nicht so gigantisch, dass man da etwas sehen könnte.

  18. #18 perk
    11. September 2011

    @johannesk

    kann es sein (es klingt ein bisschen danach), dass du eigentlich an das hier denkst?