Ein kosmisches Ballett spielt sich um schwarze Löcher ab, wo sich durch ihre Gravitation Materiescheiben bilden. Diese Scheiben, sogenannte Akkretionsscheiben, erzeugen intensives Licht und Plasmajets.
Eine neue Studie zeigt, dass ultraleuchtkräftige Akkretionsscheiben auch wie ein Kreisel schwingen könnten, wenn das schwarze Loch rotiert. Diese Entdeckung wirft Fragen zur Herkunft einiger beobachteter kosmischer Schwankungen auf.
Dichte (blau) und Lorentz-Faktor (orange) visualisiert.
Rechts, Dichteverteilung nahe dem schwarzen Loch (weißer gefüllter Kreis).
Kredit: The Astrophysical Journal (2024).
Durchgeführt von der Universität Tsukuba, ermöglichte die hydrodynamische Simulation die Modellierung dieser Präzession für ultraleuchtkräftige Scheiben. Dieses Phänomen, das in diesem Ausmaß zuvor noch nie beobachtet wurde, zeigt den Einfluss des Spins des schwarzen Lochs.
Diese Schwingung könnte nicht nur die Richtung der Plasmajets beeinflussen, sondern auch die von diesen Scheiben ausgestrahlte Helligkeit. Die bisher missverstandenen periodischen Helligkeitsschwankungen könnten somit durch die Rotation des schwarzen Lochs erklärt werden. Ultraleuchtkräftige schwarze Löcher erzeugen eine intensive Strahlung, nahe der Eddington-Grenze. Die auf der allgemeinen Relativitätstheorie basierende Simulation beleuchtet ihr Verhalten und ebnet den Weg für weitere Forschungen zu diesen extremen Objekten.
Die Forscher planen, ihre Ergebnisse mit langfristigen Beobachtungsdaten zu vergleichen, um die Rotation der schwarzen Löcher zu bestätigen. Dies könnte wesentliche Hinweise auf die Struktur der Raumzeit um diese Himmelskörper liefern. Diese Entdeckungen versprechen entscheidende Beweise für die allgemeine Relativitätstheorie und die Physik der schwarzen Löcher zu liefern, indem sie den Einfluss ihres Spins auf den Kosmos aufzeigen.
Was ist eine Akkretionsscheibe?
Eine Akkretionsscheibe bildet sich um ein massives astronomisches Objekt, wie ein schwarzes Loch, einen Neutronenstern oder einen jungen Stern. Die umgebende Materie, die durch die Gravitation angezogen wird, wickelt sich spiralförmig um dieses Objekt und bildet eine Scheibe. Während diese Materie auf das Zentralobjekt zufällt, erwärmt sie sich und gibt eine große Menge Energie in Form von Licht und Strahlung ab. Dies ist einer der effizientesten Energieprozesse im Universum.
Akkretionsscheiben beschränken sich nicht auf schwarze Löcher. Sie werden auch um Sterne in der Entstehungsphase oder in Doppelsternsystemen beobachtet, wenn ein Stern Materie von seinem Begleiter anzieht. Ihre Dynamik hängt von der Gravitation und der Rotation des Zentralobjekts sowie von den Kräften ab, die auf das Gas und den Staub wirken.
Was ist die Eddington-Grenze?
Die Eddington-Grenze bezeichnet eine theoretische Grenze der Leuchtkraft, die ein astronomisches Objekt, wie ein Stern oder ein schwarzes Loch, erreichen kann, ohne die Materie um sich herum abzustrahlen. Sie tritt auf, wenn der Strahlungsdruck des vom Objekt erzeugten Lichts gleich der Gravitationskraft wird, die die Materie zu ihm hinzieht.
Wird diese Grenze überschritten, treibt die Strahlung die Materie nach außen und verhindert eine weitere Akkumulation. Diese Grenze ist entscheidend für Akkretionsscheiben, insbesondere um schwarze Löcher, da sie die Menge an Materie bestimmt, die eingesaugt werden kann, bevor die Strahlung den Rest ausstößt.
Quelle: The Astrophysical Journal