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Schwarze Löcher: Effizienz unabhängig von der Masse

Erstellt von: Dr. Rainer Kayser | | Forschung und neue Erkenntnisse

Von sterbenden Sternen bis zu aktiven Galaxienkernen – Schwarze Löcher gehorchen unabhängig von ihrer Masse einem universellen Gesetz: Die Effizienz, mit der Schwarze Löcher Energie in Form relativistischer Teilchenstrahlen – so genannter Jets – ins All abgeben, ist über neun Größenordnungen, von zehn bis zehn Milliarden Sonnenmassen, hinweg nahezu konstant. Das zeigt eine Untersuchung der Eigenschaften von Gammastrahlungs-Ausbrüchen und Blazaren, über die amerikanische Astronomen im Fachblatt „Science“ berichten.

„Trotz jahrzehntelanger Beobachtungen in nahezu allen Wellenlängenbereichen und beachtlicher theoretischer Anstrengungen sind auch heute noch viele Aspekte der Jets Schwarzer Löcher geheimnisvoll“, schreiben Rodrigo Nemmen vom Goddard Space Flight Center der Nasa und seine Kollegen, „so zum Beispiel die für ihre Entstehung verantwortlichen Mechanismen.“ Schwarze Löcher erzeugen ihre Strahlung durch den Einfall von Materie. Ein Teil der einfallenden Materie wird jedoch durch starke Magnetfelder in eng gebündelten Strahlen weit ins All hinaus geschossen.

Um den Zusammenhang zwischen diesen Vorgängen zu untersuchen, haben Nemmen und seine Kollegen Archivdaten von Gammastrahlungsausbrüchen und Blazaren analysiert. Bei beiden Phänomenen sind die Jets Schwarzer Löcher nahezu exakt auf die Erde gerichtet. Im ersten Fall handelt es sich um sterbende, zu einem Schwarzen Loch kollabierende Sterne, im zweiten Fall um supermassive Schwarze Löcher in den Kernen ferner Galaxien. Die Untersuchung deckt also nicht nur extrem unterschiedliche Massen, sondern auch völlig unterschiedliche Umgebungen und Situationen ab.

Trotzdem fanden die Forscher bei beiden Objekttypen einen ähnlichen Zusammenhang zwischen der durch den Materieeinfall erzeugten Energie – charakterisiert durch die Leuchtkraft im Gammabereich – und der Bewegungsenergie, die von den Jets nach außen transportiert wird. „Mit anderen Worten: Sobald der ‚Motor‘ eines Schwarzen Lochs relativistische Jets erzeugt, macht er das mit ein und derselben Kopplung – unabhängig von Masse, Umgebung und den Bedingungen des Materieeinfalls“, so Nemmen und sein Team.

Die Entstehung relativistischer Jets scheint also auf einem fundamentalen Mechanismus zu beruhen, der bei allen Schwarzen Löchern gleich ist. Da die Jets bei supermassiven Schwarzen Löchern viel Energie an ihre Umgebung abgeben, ist ein besseres Verständnis ihrer Entstehung von großer Bedeutung für die Untersuchung der gemeinsamen Entwicklung von Schwarzen Löchern, Galaxien und großräumigen Strukturen im Kosmos.

Quelle: dx.doi.org/10.1126/science.1227416