1971 stellten die englischen Astronomen Donald Lynden-Bell und Martin Rees die Hypothese auf, dass sich im Zentrum unserer Milchstraßengalaxie ein supermassives Schwarzes Loch (SMBH) befindet. Dies beruhte auf ihrer Arbeit mit Radiogalaxien, die zeigten, dass die massiven Energiemengen, die von diesen Objekten abgestrahlt wurden, darauf zurückzuführen waren, dass Gas und Materie auf einem Schwarzen Loch in ihrem Zentrum angesammelt wurden.
Bis 1974 wurde der erste Beweis für dieses SMBH gefunden, als Astronomen eine massive Radioquelle entdeckten, die aus dem Zentrum unserer Galaxie kam. Diese Region, die sie Schütze A * nannten, ist über 10 Millionen Mal so massereich wie unsere eigene Sonne. Seit seiner Entdeckung haben Astronomen Beweise dafür gefunden, dass es in den Zentren der meisten spiralförmigen und elliptischen Galaxien im beobachtbaren Universum supermassereiche Schwarze Löcher gibt.
Beschreibung:
Supermassive Schwarze Löcher (SMBH) unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht von Schwarzen Löchern mit geringerer Masse. Für den Anfang haben SMBH, da sie eine viel höhere Masse als kleinere Schwarze Löcher haben, auch eine niedrigere durchschnittliche Dichte. Dies liegt an der Tatsache, dass bei allen kugelförmigen Objekten das Volumen direkt proportional zum Würfel des Radius ist, während die minimale Dichte eines Schwarzen Lochs umgekehrt proportional zum Quadrat der Masse ist.
Darüber hinaus sind die Gezeitenkräfte in der Nähe des Ereignishorizonts für massive Schwarze Löcher erheblich schwächer. Wie bei der Dichte ist die Gezeitenkraft auf einen Körper am Ereignishorizont umgekehrt proportional zum Quadrat der Masse. Als solches würde ein Objekt keine signifikante Gezeitenkraft erfahren, bis es sehr tief im Schwarzen Loch war.
Formation:
Wie SMBHs gebildet werden, bleibt Gegenstand vieler wissenschaftlicher Debatten. Astrophysiker glauben größtenteils, dass sie das Ergebnis von Fusionen von Schwarzen Löchern und der Anreicherung von Materie sind. Aber woher die "Samen" (d. H. Vorläufer) dieser Schwarzen Löcher kamen, kommt es zu Meinungsverschiedenheiten. Derzeit ist die offensichtlichste Hypothese, dass es sich um die Überreste mehrerer explodierender massereicher Sterne handelt, die durch die Anreicherung von Materie im galaktischen Zentrum entstanden sind.
Eine andere Theorie besagt, dass vor der Bildung der ersten Sterne in unserer Galaxie eine große Gaswolke zu einem „Qausi-Stern“ zusammenbrach, der gegenüber radialen Störungen instabil wurde. Es verwandelte sich dann in ein Schwarzes Loch mit etwa 20 Sonnenmassen, ohne dass eine Supernova-Explosion erforderlich war. Im Laufe der Zeit nahm die Masse schnell zu, um ein intermediäres und dann supermassives Schwarzes Loch zu werden.
In einem weiteren Modell erlebte ein dichter Sternhaufen einen Kernkollaps als Folge der Geschwindigkeitsdispersion in seinem Kern, die aufgrund der negativen Wärmekapazität bei relativistischen Geschwindigkeiten auftrat. Schließlich gibt es die Theorie, dass ursprüngliche Schwarze Löcher unmittelbar nach dem Urknall direkt durch äußeren Druck erzeugt wurden. Diese und andere Theorien bleiben vorerst theoretisch.
Schütze A *:
Mehrere Beweislinien deuten auf die Existenz eines SMBH im Zentrum unserer Galaxie hin. Obwohl keine direkten Beobachtungen von Schütze A * gemacht wurden, wurde seine Anwesenheit aus dem Einfluss abgeleitet, den er auf umgebende Objekte hat. Am bemerkenswertesten ist S2, ein Stern, der eine elliptische Umlaufbahn um die A * -Radioquelle des Schützen fließt.
S2 hat eine Umlaufzeit von 15,2 Jahren und erreicht eine minimale Entfernung von 18 Milliarden km (11,18 Milliarden Meilen, 120 AE) vom Zentrum des zentralen Objekts. Dies kann nur ein supermassives Objekt erklären, da keine andere Ursache erkennbar ist. Aus den Orbitalparametern von S2 konnten Astronomen Schätzungen über die Größe und Masse des Objekts erstellen.
Zum Beispiel haben die Bewegungen von S2 dazu geführt, dass Astronomen berechnet haben, dass das Objekt in der Mitte seiner Umlaufbahn nicht weniger als 4,1 Millionen Sonnenmassen (8,2 × 10³³ Tonnen; 9,04 × 10³³ US-Tonnen) haben muss. Außerdem müsste der Radius dieses Objekts kleiner als 120 AE sein, sonst würde S2 damit kollidieren.
Die bisher besten Beweise lieferte jedoch das Max-Planck-Institut für außerirdische Physik und die Galactic Center Group der UCLA. Mithilfe von Daten, die über einen Zeitraum von 16 Jahren vom Very Large Telescope und Keck Telescope der ESO erhalten wurden, konnten sie nicht nur die Entfernung zum Zentrum unserer Galaxie (27.000 Lichtjahre von der Erde entfernt) genau abschätzen, sondern auch die Umlaufbahnen der Sterne verfolgen dort mit immenser Präzision.
Wie Reinhard Genzel, der Teamleiter des Max-Planck-Instituts für außerirdische Physik, sagte:
“Zweifellos ist der spektakulärste Aspekt unserer Langzeitstudie, dass sie den besten empirischen Beweis dafür erbracht hat, dass es tatsächlich supermassereiche Schwarze Löcher gibt. Die Sternbahnen im Galaktischen Zentrum zeigen, dass die zentrale Massenkonzentration von vier Millionen Sonnenmassen zweifelsohne ein Schwarzes Loch sein muss. “
Ein weiterer Hinweis auf die Anwesenheit von Schütze A * kam am 5. Januar 2015, als die NASA eine rekordverdächtige Röntgenfackel aus dem Zentrum unserer Galaxie meldete. Basierend auf Messwerten des Chandra-Röntgenobservatoriums berichteten sie über Emissionen, die 400-mal heller als gewöhnlich waren. Es wurde angenommen, dass dies das Ergebnis eines Asteroiden ist, der in das Schwarze Loch fällt, oder durch die Verschränkung von Magnetfeldlinien innerhalb des darin strömenden Gases.
Andere Galaxien:
Astronomen haben auch Hinweise auf SMBHs im Zentrum anderer Galaxien innerhalb der lokalen Gruppe und darüber hinaus gefunden. Dazu gehören die nahe gelegene Andromeda-Galaxie (M31) und die elliptische Galaxie M32 sowie die entfernte Spiralgalaxie NGC 4395. Dies basiert auf der Tatsache, dass Sterne und Gaswolken nahe dem Zentrum dieser Galaxien einen beobachtbaren Geschwindigkeitsanstieg zeigen.
Ein weiteres Indiz sind Active Galactic Nuclei (AGN), bei denen regelmäßig massive Funk-, Mikrowellen-, Infrarot-, optische, ultraviolette (UV), Röntgen- und Gammastrahlenwellenbänder aus den Regionen der kalten Materie (Gas und Staub) erfasst werden ) im Zentrum größerer Galaxien. Während die Strahlung nicht von den Schwarzen Löchern selbst kommt, wird angenommen, dass der Einfluss eines solch massiven Objekts auf die umgebende Materie die Ursache ist.
Kurz gesagt, Gas und Staub bilden Akkretionsscheiben im Zentrum von Galaxien, die supermassereiche Schwarze Löcher umkreisen und ihnen allmählich Materie zuführen. Die unglaubliche Schwerkraft in dieser Region komprimiert das Material der Scheibe, bis es Millionen Grad Kelvin erreicht, wodurch helle Strahlung und elektromagnetische Energie erzeugt werden. Über der Akkretionsscheibe bildet sich ebenfalls eine Korona aus heißem Material, die Photonen bis zu Röntgenenergien streuen kann.
Die Wechselwirkung zwischen dem rotierenden SMBH-Magnetfeld und der Akkretionsscheibe erzeugt auch starke Magnetstrahlen, die Material über und unter dem Schwarzen Loch mit relativistischen Geschwindigkeiten (d. H. Mit einem signifikanten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit) abfeuern. Diese Jets können sich über Hunderttausende von Lichtjahren erstrecken und sind eine zweite potenzielle Quelle für beobachtete Strahlung.
Wenn die Andromeda-Galaxie in ein paar Milliarden Jahren mit unserer eigenen verschmilzt, verschmilzt das supermassereiche Schwarze Loch, das sich in ihrer Mitte befindet, mit unserer eigenen und erzeugt ein viel massiveres und mächtigeres. Diese Wechselwirkung wird wahrscheinlich mehrere Sterne aus unserer kombinierten Galaxie werfen (Schurkensterne produzieren) und wird wahrscheinlich auch dazu führen, dass unser galaktischer Kern (der derzeit inaktiv ist) wieder aktiv wird.
Das Studium der Schwarzen Löcher steckt noch in den Kinderschuhen. Und was wir allein in den letzten Jahrzehnten gelernt haben, war sowohl aufregend als auch beeindruckend. Ob sie massearmer oder supermassiver sind, Schwarze Löcher sind ein wesentlicher Bestandteil unseres Universums und spielen eine aktive Rolle in seiner Entwicklung.
Wer weiß, was wir finden werden, wenn wir tiefer in das Universum blicken? Vielleicht werden wir eines Tages die Technologie und die Kühnheit existieren, damit wir versuchen können, unter dem Schleier eines Ereignishorizonts einen Höhepunkt zu erreichen. Können Sie sich das vorstellen?
Wir haben hier im Space Magazine viele interessante Artikel über Schwarze Löcher geschrieben. Über jeden vernünftigen Zweifel hinaus: Ein supermassives Schwarzes Loch lebt in der Mitte unserer Galaxie. Das Röntgen-Flare-Echo zeigt den supermassiven Schwarzloch-Torus. Wie wiegen Sie ein supermassives Schwarzes Loch? Nehmen Sie seine Temperatur und was passiert, wenn supermassive schwarze Löcher kollidieren?
Astronomie Besetzen Sie auch einige relevante Episoden zu diesem Thema. Hier ist Episode 18: Große und kleine schwarze Löcher und Episode 98: Quasare.
Mehr zu entdecken: Astronomy Casts Episoden Quasars und Black Holes Big and Small.
Quellen:
- Wikipedia - Supermassives Schwarzes Loch
- NASA - Supermassive Schwarze Löcher
- Swinburne University: Cosmos - Supermassives Schwarzes Loch
