Zu schnell rotierende Schwarze Löcher?

Ein Team von Astrophysikern entdeckte ein Schwarzes Loch, dass sich verblüffend schnell dreht – es stößt dabei an die bisher angenommenen Grenzwerte.

Ein Beitrag von Karl Urban und Maria Steinrück. Quelle: SpaceflightNow. Vertont von Siegfried Krug.

Schwarze Löcher gehören zu den exotischsten astronomischen Objekten. Sie sind eigentlich ehemalige, sehr massereiche Sterne, die ihr Leben in einer Supernova ausgehaucht haben. Ihre Restmasse ist noch so groß, dass ab einer kritischen Grenze – dem Ereignishorizont – weder Materie noch elektromagnetische Strahlung (also auch Licht) entkommen kann. Ihre direkte Beobachtung ist daher auch nicht möglich. Jedoch sind die Auswirkungen auf den umgebenden Raum oft ein guter Indikator, die Eigenschaften eines Schwarzen Lochs zu erkunden.

Mit Daten des Rossi X-ray Timing Explorer-Satelliten konnten Forscher des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) die genaue Rotationsgeschwindigkeit dreier Schwarzer Löcher messen. Unter den Ergebnissen stießen die Astrophysiker auf eine Überraschung: Der Mikroquasar GRS1915+105 dreht sich 950 mal pro Sekunde um sich selbst. – Damit erreicht er die bisher angenommene Grenze für die Rotationsgeschwindigkeit.

Der Leiter des internationalen Forscherteams, der Astronom Jeffrey McClintock vom CfA, erklärt die Relevanz des Ergebnisses: „In der Astronomie lässt sich ein Schwarzes Loch über nur zwei Eigenschaften beschreiben und das sind seine Masse und die Geschwindigkeit, mit der es rotiert. Wir kennen kaum etwas anderes, das so einfach funktioniert, mit Ausnahme von Elementarteilchen wie Elektronen oder Quarks.“ Allerdings war es bisher problematisch, die Eigenrotation Schwarzer Löcher zu bestimmen.

Die Gravitation eines Schwarzen Loches ist so hoch, dass es in seiner Rotationsbewegung den umgebenden Raum dehnt, ähnlich einer schweren Kugel, die auf einem Gummituch liegt. Das untersuchte Objekt GRS 1915 gehört zu den massivsten der 20 Schwarzen Löcher, deren Masse heute bekannt ist. Es ist etwa 14 mal schwerer als unsere Sonne.

NASA/CXC/M.Weiss
Das Bild zeigt zwei Schwarze Löcher, wobei das rechte schneller rotiert. Die umgebende Akkretionsscheibe aus heißem Gas, was zum Zentrum her immer mehr beschleunigt wird, ist rechts deutlich kleiner und reicht dichter an das Zentrum der Scheibe heran.
(Bild: NASA/CXC/M.Weiss )

Das hier abgebildete Objekt lässt sich gut untersuchen, da es sich um ein binäres Röntgenstrahlen-System handelt. Hier umkreist ein sonnenähnlicher Stern ein Schwarzes Loch, das unablässig Gas von seinem Nachbarn abzieht. Dabei wird das beschleunigte und sich in einer Akkretions-Scheibe sammelnde Gas so heiß, dass es hochenergetische Strahlung abgibt. Das Spektrum dieser Strahlung gab dem Team im aktuellen Fall die nötigen Informationen zur Bestimmung der Rotation des Schwarzen Lochs.
Auch wenn die Ursachen der extrem schnell rotierenden Schwarzen Löcher noch nicht wirklich verstanden wurden, sind die Messwerte für die Astrophysik von großer Wichtigkeit. Unter anderem helfen sie dabei, die Entstehung von Gamma Ray Bursts zu verstehen. Diese Ausbrüche extrem energiereicher Gammastrahlung, die regelmäßig für kurze Augenblicke irgendwo im Universum aufleuchten, sind ein weiteres aktives Forschungsfeld. Ein Modell des theoretischen Astrophysikers Stan Woosley von der Universität Kalifornien erklärt sie mit dem Kollaps extrem massereicher Sterne. Dieses Modell geht davon aus, dass Schwarze Löcher mit einer sehr hohen Eigenrotation existieren müssten. Dies scheint also der Fall zu sein.

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