Astronomen haben Röntgenstrahlen hinter einem supermassiven Schwarzen Loch entdeckt

Korona des Schwarzen Lochs

NASA/JPL-Caltech

Wenn Gas in ein Schwarzes Loch fällt, setzt es eine enorme Energiemenge frei und strahlt elektromagnetische Strahlung in alle Richtungen aus, wodurch diese Objekte zu den hellsten im bekannten Universum gehören. Aber Wissenschaftler waren bisher nur in der Lage, Licht und andere Strahlung von einem supermassereichen Schwarzen Loch zu sehen, wenn es direkt auf unsere Teleskope scheint – alles dahinter war immer verdeckt.

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Bis jetzt. Eine neue Studie veröffentlicht in Natur demonstriert den ersten Nachweis von Strahlung aus hinter ein schwarzes Loch – gebogen als Ergebnis der Verkrümmung der Raumzeit um das Objekt herum. Es ist ein weiterer Beweis für Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie.



'Das ist ein wirklich aufregendes Ergebnis', sagt Edward Cackett, ein Astronom an der Wayne State University, der nicht an der Studie beteiligt war. „Obwohl wir die Signatur von Röntgenechos schon früher gesehen haben, war es bisher nicht möglich, das Echo zu trennen, das hinter dem Schwarzen Loch kommt und in unsere Sichtlinie gebogen wird. Es wird eine bessere Kartierung ermöglichen, wie Dinge in Schwarze Löcher fallen und wie Schwarze Löcher die Raumzeit um sie herum krümmen.“

Die Freisetzung von Energie durch Schwarze Löcher, manchmal in Form von Röntgenstrahlen, ist ein absurd extremer Prozess. Und weil supermassereiche Schwarze Löcher so viel Energie freisetzen, sind sie im Wesentlichen Kraftwerke, die es Galaxien ermöglichen, um sie herum zu wachsen. Wenn Sie verstehen wollen, wie sich Galaxien bilden, müssen Sie wirklich diese Prozesse außerhalb des Schwarzen Lochs verstehen, die in der Lage sind, diese enormen Mengen an Energie und Kraft freizusetzen, diese erstaunlich hellen Lichtquellen, die wir untersuchen, sagt Dan Wilkins, ein Astrophysiker an der Stanford University und Hauptautor der Studie.

Die Studie konzentriert sich auf ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie namens I Zwicky 1 (kurz I Zw 1), etwa 100 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. In supermassiven Schwarzen Löchern wie dem von I Zw 1 fallen große Gasmengen in Richtung Zentrum (dem Ereignishorizont, der im Grunde der Punkt ohne Wiederkehr ist) und neigen dazu, sich zu einer Scheibe abzuflachen. Oberhalb des Schwarzen Lochs führt ein Zusammenfluss von supergeladenen Teilchen und Magnetfeldaktivität zur Erzeugung hochenergetischer Röntgenstrahlen.

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Einige dieser Röntgenstrahlen scheinen direkt auf uns, und wir können sie ganz normal mit Teleskopen beobachten. Einige von ihnen strahlen aber auch auf die flache Gasscheibe herab und werden von ihr reflektiert. Die Rotation des Schwarzen Lochs I Zw 1 verlangsamt sich mit einer höheren Geschwindigkeit als bei den meisten supermassiven Schwarzen Löchern, was dazu führt, dass umgebendes Gas und Staub leichter hineinfallen und das Schwarze Loch aus mehreren Richtungen speisen. Das wiederum führt zu größeren Röntgenemissionen, weshalb Wilkins und sein Team besonders interessiert waren.

Während Wilkins und sein Team dieses Schwarze Loch beobachteten, bemerkten sie, dass die Korona zu blinken schien. Diese Blitze, die von Röntgenimpulsen verursacht wurden, die von der massiven Gasscheibe reflektiert wurden, kamen hinter dem Schatten des Schwarzen Lochs hervor – einem Ort, der normalerweise nicht sichtbar ist. Aber weil das Schwarze Loch den Raum um es herum krümmt, werden auch die Röntgenreflexionen darum herum gebogen, was bedeutet, dass wir sie erkennen können.

Die Signale wurden mit zwei verschiedenen weltraumgestützten Teleskopen gefunden, die für die Detektion von Röntgenstrahlen im Weltraum optimiert sind: NuSTAR, das von der NASA betrieben wird, und XMM-Newton, das von der Europäischen Weltraumorganisation betrieben wird.

Die größte Implikation der neuen Ergebnisse ist, dass sie bestätigen, was Albert Einstein im Rahmen seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt hat – die Art und Weise, wie Licht sich um gigantische Objekte wie supermassereiche Schwarze Löcher beugen sollte.

Es ist das erste Mal, dass wir wirklich die direkte Signatur der Art und Weise sehen, wie sich das Licht den ganzen Weg hinter dem Schwarzen Loch in unsere Sichtlinie biegt. weil wie das Schwarze Loch den Raum um sich selbst verzerrt, sagt Wilkins.

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„Obwohl diese Beobachtung unser allgemeines Bild der Akkretion von Schwarzen Löchern nicht ändert, ist sie eine nette Bestätigung, dass die allgemeine Relativitätstheorie in diesen Systemen eine Rolle spielt“, sagt Erin Kara, eine Astrophysikerin am MIT, die nicht an der Studie beteiligt war.

Trotz des Namens sind supermassereiche Schwarze Löcher so weit entfernt, dass sie selbst mit modernsten Instrumenten wirklich nur wie einzelne Lichtpunkte aussehen. Es wird nicht möglich sein, sie alle so zu fotografieren, wie es Wissenschaftler mit dem Event Horizon Telescope gemacht haben der Schatten eines supermassiven Bla ck Loch rein Galaxie M87.

Obwohl es noch früh ist, hoffen Wilkins und sein Team, dass die Erkennung und Untersuchung von mehr dieser Röntgenechos hinter der Biegung uns helfen könnte, Teil- oder sogar vollständige Bilder entfernter supermassiver Schwarzer Löcher zu erstellen. Das wiederum könnte ihnen helfen, einige große Geheimnisse darüber zu lüften, wie supermassereiche Schwarze Löcher wachsen, ganze Galaxien erhalten und Umgebungen schaffen, in denen die Gesetze der Physik an ihre Grenzen stoßen.

Korrektur 8/3/21: Die ursprüngliche Version dieser Geschichte gab fälschlicherweise an, dass Einstein seine Vorhersage im Jahr 1963 gemacht hat. Wir bedauern den Fehler.

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