… hilft die Beobachtung eines schwarzen Lochs in ihrem Zentrum. Die Weltraumteleskope NuSTAR und XMM-Newton nahmen gemeinsam die Spiralgalaxie NGC 1365 ins Visier und lieferten aufschlussreiche Daten.
Quelle: ESA.
NuSTAR, ein Weltraumteleskop der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtagentur (NASA) und XMM-Newton, ein Weltraumteleskop der Europäischen Raumfahrtorganisation (ESA) beobachteten im Zentrum der Spiralgalaxie NGC 1365 ein schnell rotierendes supermassives schwarzes Loch, das neue Erkenntnisse über die Art und Weise, wie Galaxien wachsen, ermöglichen soll.
Die Geschwindigkeit, mit der das schwarze Loch rotiert, ist eng verknüpft mit der Entstehungsgeschichte des Objekts. Ein schwarzes Loch, das aus seiner Umgebung fortgesetzt einen ununterbrochenen Materiestrom aus einer Ebene aufnehmen kann, wird sich schließlich sehr schnell drehen. Ein sich sehr schnell drehendes Objekt kann allerdings auch Folge der Vereinigung zweier kleinerer schwarzen Löcher sein.
Ein schwarzes Loch, das sich nur unregelmäßig aus unterschiedlichsten Richtungen mit Material versorgen kann, wird keine große Rotationsgeschwindigkeit aufbauen.
Die beiden unterschiedlichen Szenarien sind Spiegel der Entstehungsgeschichte der ein solches schwarzes Loch umgebenden Galaxie, da ein Teil des in der Galaxie verteilten Materials immer den Weg zum schwarzen Loch findet. Auf Grund dieses Zusammenhangs ist es ein besonders Anliegen von Astronomen, Daten zur Rotationsgeschwindigkeit eines schwarzen Loches zu gewinnen.
Eine Methode zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit eines schwarzen Loches ist die Beobachtung der Röntgenstrahlung, die aus der Region des sogenannten Ereignishorizonts stammt. Das ist der Grenzbereich um das schwarze Loch, aus dem nicht einmal mehr Licht entkommen kann.
Eisenatome produzieren bei ausreichender Beschleunigung eine starke Signatur von Röntgenstrahlung in einem spezifischen Bereich. Aus der von Eisenatomen beim Sturz in ein schwarzes Loch rotationsbedingt abgestrahlten Röntgenstrahlung lässt sich die Rotationsgeschwindigkeit eines schwarzen Loches ableiten.
Unter Zuhilfenahme dieser Methode konnte man bereits in der Vergangenheit darauf schließen, dass es im Zentrum einer Anzahl von Galaxien sich extrem schnell um sich selbst drehende schwarze Löcher geben könnte. Als Eindeutig konnte man den Schluss jedoch nicht betrachten, da auch Gaswolken, die aus der Nähe der Akkretionsscheibe eines schwarzen Loches absorbiert werden, entsprechende Röntgenstrahlenspektren erzeugen können. Bis dato war es nicht möglich, zu entscheiden, was nun tatsächlich die Quelle der Röntgenstrahlung ist.
Im Juli 2012 waren NuSTAR und XMM-Newton in gemeinsamem Einsatz als “Nuclear Spectroscopic Telescope Array” 36 Stunden lang gleichzeitig auf die Spiralgalaxie NGC 1365 ausgerichtet. Dabei empfing XMM-Newton Röntgenstrahlung geringerer Energie, NuSTAR solche höherer Energie.
Das Verhältnis der Anteile von Röntgenstrahlung geringerer und höherer Energie ist ein ganz bestimmtes, wenn sie von einem sich sehr schnell drehenden schwarzen Loch stammen sollte. Käme die Röntgenstrahlung von Gaswolken, die absorbiert werden, wäre das Verhältnis ein anderes.
Genau deswegen machte die gemeinsame Beobachtung beider Weltraumteleskope es möglich, eine der hypothetischen Quellen der Röntgenstrahlung auszuschließen. Die jetzt vorliegenden Daten sprechen klar dafür, das die Röntgenstrahlung von NGC 1365 ihre Ursache in der schnellen Rotation des schwarzen Lochs im Zentrum hat. Das ist außerdem ein Hinweis darauf, dass die Galaxie NGC 1365 lange gleichmäßig gewachsen ist, und Material von ihr über lange Zeiten in einem ununterbrochenen Materiestrom in das schwarze Loch gelangte.
Die mögliche Verschmelzung zweier kleinere schwarzer Löcher als Ursache für die Existenz eines sehr großen, schnell rotierenden schwarzen Lochs kann die kombinierte Beobachtungstechnik allerdings nicht ausschließen. Für die Absicherung von Erkenntnissen hinsichtlich der Rotationsgeschwindigkeit eines schwarzen Loches und der sich daraus ergebenden Erkenntnisse hinsichtlich der Wirtsgalaxie ist sie aber ein großer Fortschritt.