Astronomen enthüllen neue Merkmale galaktischer Schwarzer Löcher.

26. Juli 2023

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von Tony Allen, Universität von Nevada, Las Vegas

Schwarze Löcher sind die geheimnisvollsten Objekte im Universum, mit Eigenschaften, die direkt aus einem Science-Fiction-Film zu kommen scheinen.

Stellar-mass black holes mit Massen von ungefähr 10 Sonnen offenbaren zum Beispiel ihre Existenz, indem sie Material von ihren Begleitsternen verschlingen. Und in einigen Fällen sammeln sich supermassive black holes im Zentrum einiger Galaxien zu hellen kompakten Regionen, die als Quasare mit Massen von Millionen bis Milliarden unserer Sonne bekannt sind. Eine Untergruppe von absorbierenden stellar-mass black holes, die Jets aus hochmagnetisiertem Plasma starten können, wird als Mikroquasare bezeichnet.

Ein internationales Forscherteam, darunter der Astrophysiker Bing Zhang von der UNLV, berichtet in der Zeitschrift Nature von einer speziellen Beobachtungskampagne des galaktischen Mikroquasars namens GRS 1915+105. Das Team enthüllte Merkmale eines Mikroquasarsystems, die zuvor noch nie gesehen wurden.

Mithilfe des massiven Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST) in China entdeckten Astronomen erstmals ein quasi-periodisches Oszillationssignal (QPO) im Radioband aus einem Mikroquasar-System. QPOs sind ein Phänomen, das Astronomen verwenden, um zu verstehen, wie Sternsysteme wie schwarze Löcher funktionieren. Während QPOs bereits in Röntgenstrahlen von Mikroquasaren beobachtet wurden, ist ihr Vorkommen außerhalb dieses Kontextes - als Teil der Radioemission des Systems - einzigartig.

'Das eigenartige QPO-Signal hat eine ungefähre Periode von 0,2 Sekunden oder eine Frequenz von etwa 5 Hertz', sagte Wei Wang, Professor an der Wuhan University in China, der das entdeckende Team leitete. 'Solch ein Signal existiert nicht immer und tritt nur unter besonderen physikalischen Bedingungen auf. Unser Team hatte das Glück, das Signal zweimal - im Januar 2021 und im Juni 2022 - einzufangen.'

Laut Zhang von der UNLV, Direktor des Nevada Center for Astrophysics und einer der entsprechenden Autoren der Studie, kann dieses einzigartige Merkmal erstmals die Aktivität eines von einem galaktischen stellar-mass black hole gestarteten 'Jets' bestätigen. Unter bestimmten Bedingungen starten einige Binärsysteme mit schwarzen Löchern einen Jet - eine Mischung aus parallelen Strahlen geladener Materie und einem Magnetfeld, das sich mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegt.

'In absorbierenden Black Hole-Systemen untersuchen Röntgenstrahlen normalerweise die Akkretionsscheibe um das schwarze Loch, während die Radioemission normalerweise den Jet untersucht, der von der Scheibe und dem schwarzen Loch gestartet wird', sagte Zhang. 'Der genaue Mechanismus, der zu einer zeitlichen Modulation in einem relativistischen Jet führt, ist nicht identifiziert, aber ein plausibler Mechanismus wäre, dass der Jet eine vorherrschende Präzession aufweist, was bedeutet, dass die Jet-Richtung regelmäßig in verschiedene Richtungen zeigt und sich einmal alle ungefähr 0,2 Sekunden wieder zur Ausgangsrichtung zurückkehrt."

Zhang sagte, dass eine Missausrichtung zwischen der Spinachse des schwarzen Lochs und seiner Akkretionsscheibe (extrem heiße, leuchtende, rotierende Gase, die das schwarze Loch umgeben) diesen Effekt verursachen könnte, der eine natürliche Folge von Raumzeitverdrehungen in der Nähe eines schnell drehenden schwarzen Lochs ist.

'Andere Möglichkeiten existieren jedoch, und fortgesetzte Beobachtungen dieser und anderer galaktischer Mikroquasar-Quellen werden weitere Hinweise liefern, um diese mysteriösen QPO-Signale zu verstehen', sagte Zhang.

Journal-Informationen: Nature

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