Schwarzes Loch ernährt sich von einem Stern und seine Akkretionsscheibe bricht Helligkeitsrekord
Bei einem Phänomen, bei dem ein Schwarzes Loch einen Stern verschlingt, der größer ist als die Sonne, kam es zu einem Helligkeitsanstieg, der die Astronomen verblüffte.
In der allgemeinen Vorstellung werden Schwarze Löcher als kosmische Abflüsse angesehen, die alles um sich herum verschlingen. In Wahrheit sind diese Objekte jedoch weitaus komplexer – obwohl ihre Schwerkraft extrem stark ist, muss ein Objekt sehr nahe herankommen, um davon erfasst zu werden. Wenn ein Stern oder eine Gaswolke zu nahe kommt, kann das Gravitationsfeld des Schwarzen Lochs sie in einem als Gezeitenzerstörung bekannten Prozess auseinanderreißen.
Bei diesem Prozess wird ein Teil des Materials ins All ausgestoßen, während der Rest beginnt, das Schwarze Loch zu umkreisen, wodurch ein Prozess namens Akkretion in Gang gesetzt wird. Aufgrund seines Drehimpulses fällt das Gas nicht direkt in das Schwarze Loch. Stattdessen bildet es eine Akkretionsscheibe, in der der Drehimpuls erhalten bleibt, sodass das Material langsam spiralförmig nach innen wandert. Eine enorme Menge an Gravitationsenergie wird in Strahlung umgewandelt, wodurch die Scheibe mit extremer Intensität leuchtet.
Diese Akkretionsscheiben können so hell sein, dass sie aus Milliarden Lichtjahren Entfernung sichtbar sind. Kürzlich haben Astronomen ein Ereignis aufgezeichnet, bei dem eine Akkretionsscheibe eine Helligkeit erreichte, die der von 10 Billionen Sternen entspricht – eine der intensivsten jemals beobachteten Helligkeiten. Dieses Phänomen hat Wissenschaftler dazu veranlasst, zu untersuchen, wie sich Schwarze Löcher ernähren und wie viel Energie dabei freigesetzt wird.
Akkretionsscheiben
Der Akkretionsprozess in Schwarzen Löchern findet statt, wenn Gas und Plasma vom Gravitationsfeld eingefangen werden und eine Scheibe um den Ereignishorizont bilden. Der Drehimpuls wird durch magnetohydrodynamische Prozesse nach außen übertragen, wodurch sich die Materie allmählich nach innen bewegen kann. Dieser Prozess wandelt auch einen Teil der potenziellen Gravitationsenergie in Wärmeenergie und Strahlung um.
Bei einigen Arten der Akkretion führt die Erwärmung der Scheibe dazu, dass Strahlung in verschiedenen Wellenlängen emittiert wird. Scheiben, die stellare Schwarze Löcher umgeben, emittieren hauptsächlich Röntgenstrahlung, während Scheiben um supermassive Schwarze Löcher im sichtbaren und ultravioletten Spektrum leuchten. In einigen Fällen leiten starke Magnetfelder einen Teil der Energie in relativistische Jets, die Radiowellen und Gammastrahlen emittieren.
Wie beobachten wir Schwarze Löcher?
Das von Akkretionsscheiben ausgestrahlte Licht ist die wichtigste Methode zur Beobachtung und Erforschung von Schwarzen Löchern. Wenn wir von der Beobachtung Schwarzer Löcher sprechen, meinen wir damit die Beobachtung der sie umgebenden Akkretionsscheibe, da Schwarze Löcher selbst kein Licht ausstrahlen. Die erzeugte Strahlung liefert Informationen über die physikalischen Eigenschaften des Systems, wie beispielsweise seine Masse, Rotation und Akkretionsrate.
Durch die Analyse von Spektren und Helligkeitsveränderungen können Astronomen die Geometrie der Scheibe, das Vorhandensein von Magnetfeldern und sogar relativistische Effekte bestimmen. In Doppelsternsystemen helfen diese Emissionen auch dabei, die Masse des Schwarzen Lochs anhand der Dynamik seines Begleitsterns genau zu schätzen. Genau diese Emission ermöglichte 2019 die erste direkte Abbildung eines Schwarzen Lochs durch das Event Horizon Telescope (EHT).
Ein Schwarzes Loch verschlingt einen Riesenstern
Eine neue Beobachtung hat ergeben, dass ein supermassives Schwarzes Loch nach der Akkretion eines Sterns mit mindestens der 30-fachen Masse der Sonne einen beispiellosen Helligkeitspeak erzeugt hat. Dieses Ereignis mit der Bezeichnung J2245+3743 könnte das stärkste und entfernteste sein, das jemals für ein supermassives Schwarzes Loch aufgezeichnet wurde. Das Schwarze Loch hat schätzungsweise eine Masse von etwa 500 Millionen Sonnenmassen und befindet sich in einer Entfernung von etwa 10 Milliarden Lichtjahren.
Über mehrere Monate hinweg haben Astronomen eine bis zu 30-mal höhere Helligkeit als bisher beobachtet gemessen. Der Studie zufolge erreichte die Helligkeit in der Spitze ein Äquivalent von 10 Billionen Sternen. Darüber hinaus schwankte die Intensität während des Beobachtungszeitraums um das Vierzigfache. Dieses Ergebnis bestätigt, dass die Umgebung von Schwarzen Löchern eine energiegeladene und instabile Dynamik aufweist.
Rekord gebrochen
Das von J2245+3743 verursachte Ereignis stellt in Bezug auf die Leuchtkraft einen kosmischen Rekord dar. Bis heute wurden etwa 100 ähnliche Ereignisse beobachtet, von denen die meisten eine Helligkeit aufweisen, die mit der normalen Akkretionsaktivität von Schwarzen Löchern vergleichbar ist. Einige sind so schwach, dass sie nur schwer zu erkennen sind. Die Helligkeit von J2245+3743 übertraf die typische Leuchtkraft zuvor aufgezeichneter Gezeitenzerstörungsereignisse (TDEs) um mehrere Größenordnungen.
Während die meisten früheren Ereignisse eine detaillierte Analyse erforderten, um sie von der Hintergrundaktivität des Schwarzen Lochs zu unterscheiden, war J2245+3743 aufgrund seiner Intensität sofort sichtbar und erkennbar. Dies ermöglichte eine detailliertere Beobachtung der zeitlichen Veränderung seiner Helligkeit und lieferte weitere Einblicke in den Prozess. Die Aufzeichnung trägt zu einem besseren Verständnis extremer Akkretions- und Strahlungsemissionsprozesse bei.
Quellenhinweis:
Graham et al. 2025 An Extremely Luminous Flare Recorded From A Supermassive Black Hole Nature Astronomy