Schwarze Löcher: Effizienz unabhängig von Masse

  • 13. December 2012

Von stellaren bis zu supermassiven Schwarzen Löchern - universelles Gesetz über neun Größenordnungen der Masse.

Schwarze Löcher akkretieren nicht nur Materie, sie erzeugen auch stark gebündelte, relativistische Jets. Solche Jets finden sich bei Schwarzen Löchern jeder Masse von Mikroquasaren und Gammastrahlungsausbrüchen bis hin zu supermassiven Schwarzen Löchern. Trotz jahrzehntelanger Beobachtungen in nahezu allen Wellenlängenbereichen und beachtlicher theoretischer Anstrengungen sind auch heute noch viele Aspekte der Jets Schwarzer Löcher, wie etwa die für ihre Entstehung verantwortlichen Mechanismen, ein Mysterium.

Abb.: Künstlerische Darstellung eines Gammastrahlenausbruchs: Ein massereicher Stern kollabiert am Ende seines Lebens zu einem Schwarzen Loch, ein relativistischer Materiestrahl ist nahezu genau auf die Erde gerichtet. (Bild: NASA)

Abb.: Künstlerische Darstellung eines Gammastrahlenausbruchs: Ein massereicher Stern kollabiert am Ende seines Lebens zu einem Schwarzen Loch, ein relativistischer Materiestrahl ist nahezu genau auf die Erde gerichtet. (Bild: NASA)


Um den Zusammenhang zwischen Akkretion und Jet-Entstehung zu untersuchen, haben Rodrigo Nemmen vom Goddard Space Flight Center der Nasa 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. Die Jets supermassiver Schwarzer Löcher haben wichtige Rückkopplungseffekte auf ihre Wirtsgalaxien und selbst auf ihre Galaxienhaufen. „Deshalb ist ein besseres Verständnis ihrer Entstehung von großer Bedeutung für die Untersuchung der gemeinsamen Entwicklung von Schwarzen Löchern, Galaxien und großräumigen Strukturen im Kosmos“, so die Forscher.

Rainer Kayser

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