News: Sternencrash bei viel Verkehr
Schwarze Löcher scheint es nur in zwei Größen zu geben: klein oder extraschwer. Bei den einen handelt es sich um Sternleichen, die anderen halten ganze Galaxien zusammen. Doch wie sieht es in der Mitte aus? Stammt die ultrahelle Röntgenstrahlung weit entfernter Objekte von Schwarzen Löchern, deren Masse irgendwo dazwischen liegt?
Eigentlich ist alles vorhanden: Beobachtungen hell strahlender Röntgenquellen in fernen Galaxien und der Gedanke, dass die Natur wohl kaum ausgerechnet bei den Schwarzen Löchern eine Lücke gelassen hat. Nur zusammenbringen müsste man beides noch. Dann wäre die Gewichtsskala nicht mehr stufig, sondern würde kontinuierlich von den stellaren Schwarzen Löchern mit der zwei- bis zehnfachen Sonnenmasse bis zu den extremen Schwergewichten mit der millionen- oder gar milliardenfachen Masse reichen.
Allerdings gibt es ein Problem mit den Beobachtungsdaten, die das Weltraumteleskop Chandra im Röntgenlicht aufgenommen hat. Auf den Bildern sind im Umfeld von Sternenhaufen außergewöhnlich helle Strahlenquellen zu sehen – zu hell, um aus der Materiescheibe eines gewöhnlichen Schwarzen Lochs zu stammen. So eines entsteht, wenn ein sehr schwerer Stern am Ende seines leuchtenden Daseins zu einem kompakten Objekt kollabiert. Aufgrund seiner enormen Schwerkraft zieht das Schwarze Loch alle benachbarte Materie an, die sich auf ihrem strudeligen Weg in einer Akkretionsscheibe versammelt und vorerst für immer in den Schlund fällt. Dabei wird Gravitationsenergie in Form von Photonen frei, auch im Röntgenlicht. Soweit passt es noch. Nun kollidiert jedoch ein Teil der Strahlung mit den nachfolgenden Teilchen und überträgt dadurch einen Impuls, der weg vom Schwarzen Loch gerichtet ist. Normalerweise rettet dies das Teilchen nicht, es sei denn, der Strahlungsdruck überschreitet die so genannte Eddington-Grenze. Von diesem Schwellwert an pusten die Photonen nämlich die Materie davon. Und leider scheinen die ultrahellen Röntgenquellen jenseits der magischen Grenze für gewöhnliche Schwarze Löcher.
Wenn es nicht normal geht, dann vielleicht mit extravaganten Methoden. Eine noch stärkere Gravitationskraft, die von einem Schwarzen Loch mittlerer Masse stammen könnte, würde dem gewaltigen Strahlungsdruck standhalten. Ein brauchbarer Hinweis auf die Existenz der gesuchten Mittelgewichtler? Zunächst einmal fällt auf, dass die Röntgenquellen stets in oder nahe bei Sternenhaufen in äußerst aktiven Galaxien zu finden sind. Zum Beispiel beim Supersternenhaufen MGG11 in der elf Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M82. Hier ballen sich Unmengen massereicher Sterne auf kleinem Raum. Alleine auf sich gestellt reicht keiner aus, um das gewünschte Schwarze Loch zu bilden – aber wer sagt, dass Sterne immer eigenbrötlerische Individualisten sind?
Simon Portegies Zwart von der Universität Amsterdam und seine Kollegen ließen zur Klärung der Dynamik in so einem dichten Sternenhaufen Simulationen ablaufen und stellten fest, dass gerade die schwersten Sterne langsam zum Kern des Haufens wanderten. Dort kamen sie sich bald so nahe, dass Kollisionen unvermeidlich waren. In aufeinander folgenden Zusammenstößen von Sternen mit 15 bis 20 Sonnenmassen bildeten sich Objekte, die 800 bis 3000 Sonnenmassen umfassten, bevor sie in einer gewaltigen Supernova explodierten. Zurück blieben – zumindest in der Simulation – Schwarze Löcher mit dem 100- bis 1000fachen der Sonnenmasse. Die mittelschweren Exemplare sind also theoretisch möglich und könnten die Quellen für das ultrahelle Röntgenlicht sein. Die Lücke in der Reihe der Schwarzen Löcher wäre damit geschlossen.
Ganz makellos ist die Lösung jedoch (noch) nicht. Denn es gibt andere denkbare Erklärungen für die Intensität des Röntgenlichts. Würde es beispielsweise nicht wie bei einer Glühlampe in alle Raumrichtungen abgestrahlt, sondern ähnlich wie bei einem Leuchtturm in einem konzentrierten Kegel, müssten die Photonen eventuell gar nicht durch die Materiescheibe hindurch. Oder die Teilchen könnten sich in Klumpen um das Schwarze Loch bewegen und so dem Strahlungsdruck widerstehen. Es sind folglich – mal wieder – noch weitere Messungen und Berechnungen nötig, um die Frage ganz zu klären. Auch helles Röntgenlicht bringt eben nicht immer auf Anhieb die Erleuchtung.
Allerdings gibt es ein Problem mit den Beobachtungsdaten, die das Weltraumteleskop Chandra im Röntgenlicht aufgenommen hat. Auf den Bildern sind im Umfeld von Sternenhaufen außergewöhnlich helle Strahlenquellen zu sehen – zu hell, um aus der Materiescheibe eines gewöhnlichen Schwarzen Lochs zu stammen. So eines entsteht, wenn ein sehr schwerer Stern am Ende seines leuchtenden Daseins zu einem kompakten Objekt kollabiert. Aufgrund seiner enormen Schwerkraft zieht das Schwarze Loch alle benachbarte Materie an, die sich auf ihrem strudeligen Weg in einer Akkretionsscheibe versammelt und vorerst für immer in den Schlund fällt. Dabei wird Gravitationsenergie in Form von Photonen frei, auch im Röntgenlicht. Soweit passt es noch. Nun kollidiert jedoch ein Teil der Strahlung mit den nachfolgenden Teilchen und überträgt dadurch einen Impuls, der weg vom Schwarzen Loch gerichtet ist. Normalerweise rettet dies das Teilchen nicht, es sei denn, der Strahlungsdruck überschreitet die so genannte Eddington-Grenze. Von diesem Schwellwert an pusten die Photonen nämlich die Materie davon. Und leider scheinen die ultrahellen Röntgenquellen jenseits der magischen Grenze für gewöhnliche Schwarze Löcher.
Wenn es nicht normal geht, dann vielleicht mit extravaganten Methoden. Eine noch stärkere Gravitationskraft, die von einem Schwarzen Loch mittlerer Masse stammen könnte, würde dem gewaltigen Strahlungsdruck standhalten. Ein brauchbarer Hinweis auf die Existenz der gesuchten Mittelgewichtler? Zunächst einmal fällt auf, dass die Röntgenquellen stets in oder nahe bei Sternenhaufen in äußerst aktiven Galaxien zu finden sind. Zum Beispiel beim Supersternenhaufen MGG11 in der elf Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M82. Hier ballen sich Unmengen massereicher Sterne auf kleinem Raum. Alleine auf sich gestellt reicht keiner aus, um das gewünschte Schwarze Loch zu bilden – aber wer sagt, dass Sterne immer eigenbrötlerische Individualisten sind?
Simon Portegies Zwart von der Universität Amsterdam und seine Kollegen ließen zur Klärung der Dynamik in so einem dichten Sternenhaufen Simulationen ablaufen und stellten fest, dass gerade die schwersten Sterne langsam zum Kern des Haufens wanderten. Dort kamen sie sich bald so nahe, dass Kollisionen unvermeidlich waren. In aufeinander folgenden Zusammenstößen von Sternen mit 15 bis 20 Sonnenmassen bildeten sich Objekte, die 800 bis 3000 Sonnenmassen umfassten, bevor sie in einer gewaltigen Supernova explodierten. Zurück blieben – zumindest in der Simulation – Schwarze Löcher mit dem 100- bis 1000fachen der Sonnenmasse. Die mittelschweren Exemplare sind also theoretisch möglich und könnten die Quellen für das ultrahelle Röntgenlicht sein. Die Lücke in der Reihe der Schwarzen Löcher wäre damit geschlossen.
Ganz makellos ist die Lösung jedoch (noch) nicht. Denn es gibt andere denkbare Erklärungen für die Intensität des Röntgenlichts. Würde es beispielsweise nicht wie bei einer Glühlampe in alle Raumrichtungen abgestrahlt, sondern ähnlich wie bei einem Leuchtturm in einem konzentrierten Kegel, müssten die Photonen eventuell gar nicht durch die Materiescheibe hindurch. Oder die Teilchen könnten sich in Klumpen um das Schwarze Loch bewegen und so dem Strahlungsdruck widerstehen. Es sind folglich – mal wieder – noch weitere Messungen und Berechnungen nötig, um die Frage ganz zu klären. Auch helles Röntgenlicht bringt eben nicht immer auf Anhieb die Erleuchtung.
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