Eine neue Studie könnte dabei helfen, die Frage zu klären, wie schnell sich das supermassereiche Schwarze Loch in der Milchstraße dreht. Das Schwarze Loch mit dem Namen Sagittarius A* (SgrA*) hat eine Masse, die etwa 4 Millionen Mal so groß ist wie die unserer Sonne. Die Studie, die das Chandra-Röntgenobservatorium der NASA und das Very Large Array (VLA) der National Science Foundation nutzte, ergab, dass sich SgrA* schnell dreht. Dieser hohe Spin verzerrt die Raumzeit um SgrA*, sodass es wie ein American Football aussieht.
Die Illustration dieses Künstlers zeigt einen Querschnitt des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße und der umgebenden Materie. Die schwarze Kugel in der Mitte stellt den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs dar, den Punkt ohne Wiederkehr, von dem nichts, nicht einmal Licht, entkommen kann. Betrachtet man ein rotierendes Schwarzes Loch von der Seite, wie in der Abbildung gezeigt, hat die umgebende Raumzeit die Form eines amerikanischen Fußballs. Das gelb-orange Material auf beiden Seiten stellt Gas dar, das um das Schwarze Loch wirbelt. Dieses Material fällt unweigerlich in Richtung des Schwarzen Lochs, und sobald es in das fußballförmige Innere fällt, durchquert es den Ereignishorizont. Daher wird der Bereich innerhalb der Form des Fußballs außerhalb des Ereignishorizonts als Hohlraum dargestellt. Die blauen Kugeln stellen Jets dar, die von den Polen des rotierenden Schwarzen Lochs ausgehen. Bildquelle: NASA/CXC/M.Weiss
Die Illustration dieses Künstlers zeigt die Ergebnisse einer neuen Studie von Sagittarius A* (SgrA*), dem supermassiven Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße. Die Studie ergab, dass sich SgrA* so schnell dreht, dass es die Raumzeit – die drei Dimensionen von Zeit und Raum – verzerrt, sodass es eher wie ein Fußball aussieht.
Die Ergebnisse wurden vom Chandra-Röntgenobservatorium der NASA und dem Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) der National Science Foundation erstellt. Das Team nutzte eine neue Methode, die Röntgen- und Radiodaten nutzte, um zu bestimmen, wie schnell sich SgrA* dreht, basierend auf der Art und Weise, wie Material in das Schwarze Loch hinein und aus diesem heraus fließt. Sie fanden heraus, dass die Rotationswinkelgeschwindigkeit von SgrA* etwa 60 % des maximal möglichen Wertes und sein Drehimpuls etwa 90 % des maximal möglichen Wertes beträgt.
Schwarze Löcher haben zwei grundlegende Eigenschaften: Masse (Gewicht) und Spin (Rotationsgeschwindigkeit). Die Bestimmung eines dieser Werte würde Wissenschaftlern eine gute Vorstellung von jedem Schwarzen Loch und seinem Verhalten geben. Astronomen haben in der Vergangenheit mithilfe unterschiedlicher Techniken mehrere Schätzungen zur Rotationsgeschwindigkeit von SgrA* durchgeführt. Die Ergebnisse reichten von SgrA*, das sich überhaupt nicht drehte, bis hin zu fast maximaler Rotation.
Neue Forschungen zeigen, dass sich SgrA* tatsächlich schnell dreht, was dazu führt, dass die Raumzeit um es herum gequetscht wird. Hier ist ein Querschnitt von SgrA* und der darum rotierenden Materialscheibe zu sehen. Die schwarze Kugel in der Mitte stellt den sogenannten Ereignishorizont des Schwarzen Lochs dar, den Punkt ohne Wiederkehr, von dem nichts, nicht einmal Licht, entkommen kann.
Wie in der Abbildung gezeigt, hat die umgebende Raumzeit die Form eines Fußballs, wenn man ein rotierendes Schwarzes Loch von der Seite betrachtet. Je schneller die Drehung, desto flacher wird der Fußball.
Das gelb-orange Material auf beiden Seiten stellt Gas dar, das um SgrA* wirbelt. Dieses Material wird unweigerlich in Richtung des Schwarzen Lochs fallen, und sobald es in die Fußballform fällt, wird es den Ereignishorizont passieren. Daher wird der Bereich innerhalb der Form des Fußballs außerhalb des Ereignishorizonts als Hohlraum dargestellt. Die blauen Kugeln stellen Jets dar, die von den Polen des rotierenden Schwarzen Lochs ausgestoßen werden. Blickt man von oben entlang des Strahlrohrs auf das Schwarze Loch, ist die Raumzeit ein Kreis.
Der Spin eines Schwarzen Lochs kann als wichtige Energiequelle dienen. Rotierende supermassive Schwarze Löcher erzeugen kollimierte Ausflüsse wie Jets, da sie Spinenergie extrahieren, was zumindest etwas Materie in der Nähe des Schwarzen Lochs erfordert. Aufgrund des begrenzten Treibstoffs um SgrA* war das Schwarze Loch seit fast tausend Jahren relativ ruhig und seine Jets relativ schwach. Diese Studie zeigt jedoch, dass sich dies ändern kann, wenn die Materialmenge in der Nähe von SgrA* zunimmt.
Um den Spin von SgrA* zu bestimmen, verwendeten die Autoren eine empirisch basierte Technik namens „Ausflussmethode“, die die Beziehung zwischen dem Spin eines Schwarzen Lochs und seiner Masse, den Eigenschaften des Materials in der Nähe des Schwarzen Lochs und den Ausflusseigenschaften detailliert beschreibt. Der kollimierte Ausfluss erzeugt Radiowellen, während die das Schwarze Loch umgebende Gasscheibe Röntgenstrahlung erzeugt. Mit dieser Methode kombinierten die Forscher Daten von Chandra und dem VLA mit unabhängigen Schätzungen der Masse des Schwarzen Lochs von anderen Teleskopen, um die Drehung des Schwarzen Lochs einzuschränken.
Ein von Ruth Daly (Pennsylvania State University) verfasster Artikel, der diese Ergebnisse beschreibt, erscheint in der Januarausgabe 2024 der Monthly Notices der Royal Astronomical Society.
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily