Schwarze Löcher verraten sich im Röntgenspektrum

Schwarze Löcher sind die Überbleibsel von Sternen mit mehr als acht Sonnenmassen. Alles spricht dafür, dass es sie gibt – Relativitätstheorie, Kosmologie und so weiter. Nur ein supermassives Schwarzes Loch – mit der Masse von mehr als 6 Milliarden Sonnenmassen – wurde bisher mit Hilfe der umgebenden Strahlung im Radiowellenlängenbereich “fotografiert”.  Aber Schwarze Löcher stellarer Größe hat noch niemand gesehen.

Deshalb freut es die Forscher, dass ein internationales Team von Astrophysikern nun ausgeprägte Signaturen des Ereignishorizonts Schwarzer Löcher gefunden hat, die sie eindeutig von Neutronensternen trennen – Objekten, die in Masse und Größe mit Schwarzen Löchern vergleichbar sind, aber keinen Ereignishorizont besitzen. Dies ist bei weitem der bisher stärkste Beweis der Existenz von Schwarzen Löchern mit stellarer Masse.

Das Team, bestehend aus Mr. Srimanta Banerjee und Professor Sudip Bhattacharyya vom Tata-Institut für Grundlagenforschung, Indien, sowie Professor Marat Gilfanov und Professor Rashid Sunyaev vom Max-Planck-Institut für Astrophysik, Deutschland, und dem Weltraumforschungsinstitut der Russischen Akademie der Wissenschaften, Russland, veröffentlicht diese Forschung in einer Arbeit, die in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht wurde.

Schwarze Löcher mit stellarer Masse – mit einer Masse von etwa der zehnfachen Masse der Sonne – sollten die Raumzeit mindestens zehntausend Billionen Mal mehr um sich herum krümmen als ein supermassives Schwarzes Loch. Solche kleineren Schwarzen Löcher braucht man daher, um einige extreme Aspekte der Natur zu erforschen. Wenn diese kleineren Schwarzen Löcher miteinander verschmelzen, könnte man aus Gravitationswellen auf sie schließen. Solche Wellen dauern allerdings nur für den Bruchteil einer Sekunde an, sodass es schwierig ist, sie zu messen. Deshalb ist es von immensem Interesse, einen endgültigen Beweis für die Existenz eines stabilen Schwarzen Lochs mit stellarer Masse zu haben, das in Röntgenstrahlung leuchtet, weil es Material von einem Begleitstern verschlingt.

Ein Neutronenstern, das dichteste bekannte Objekt im Universum mit einer harten Oberfläche, kann ebenfalls im Röntgenspektrum strahlen, indem er Materie von einem Begleitstern anreichert. Dabei wird Ruhemasse mit sehr hoher Effizienz (etwa 20 Prozent) in Strahlung umgewandelt. Um die Existenz von Schwarzen Löchern mit stellarer Masse nachzuweisen, muss man sie von solchen akkretierenden Neutronensternen unterscheiden. Die Autoren dieses Papers haben genau dies getan. Anhand der archivierten Röntgendaten des inzwischen stillgelegten Astronomiesatelliten Rossi X-Ray Timing Explorer haben sie den Effekt des Fehlens einer harten Oberfläche auf die beobachtete Röntgenemission identifiziert und damit eine extrem starke Signatur akkretierender Schwarzer Löcher mit stellarer Masse gefunden.

Die Grafik zeigt Röntgenbeobachtungen von etwa zwei Dutzend Schwarzen Löchern und Neutronensternen. Es ist deutlich zu sehen, dass das Schwarze Loch (rote Symbole) und der Neutronenstern (blaue Symbole) auf eine noch nie dagewesene Weise fast vollständig voneinander getrennt sind, wodurch die Schwarzen Löcher zweifelsfrei identifiziert werden können.
(Bild: Srimanta Banerjee, Sudip Bhattacharyya, Marat Gilfanov)

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BrandonQMorris
  • BrandonQMorris
  • Brandon Q. Morris, 54, ist Physiker und beschäftigt sich beruflich und privat schon lange mit den spannenden Phänomenen des Alls. So ist er für den redaktionellen Teil eines Weltraum-Magazins verantwortlich und hat mehrere populärwissenschaftliche Bücher über Weltraum-Themen geschrieben. Er wäre gern Astronaut geworden, musste aber aus verschiedenen Gründen auf der Erde bleiben. Ihn fasziniert besonders das „was wäre, wenn“. Sein Ehrgeiz ist es deshalb, spannende Science-Fiction-Geschichten zu erzählen, die genau so passieren könnten – und vielleicht auch irgendwann Realität werden.