Wie ist die Umgebung um ein Schwarzes Loch wirklich? Astronomen erhalten eine bessere Vorstellung, indem sie das Licht beobachten, das von der Akkretionsscheibe kommt, die die Schwarzen Löcher umgibt. Das Licht ist nicht konstant - es flackert, stottert und funkelt - und dieses Flackern bietet neue und überraschende Einblicke in die kolossale Energiemenge, die von Schwarzen Löchern ausgeht. Durch die Abbildung, wie gut die Variationen des sichtbaren Lichts mit denen der Röntgenstrahlen auf sehr kurzen Zeitskalen übereinstimmen, haben Astronomen gezeigt, dass Magnetfelder eine entscheidende Rolle bei der Art und Weise spielen müssen, wie Schwarze Löcher Materie verschlucken.
„Das schnelle Flackern von Licht aus einem Schwarzen Loch wird am häufigsten bei Röntgenwellenlängen beobachtet“, sagt Poshak Gandhi, der das internationale Team leitete, das diese Ergebnisse berichtet. "Diese neue Studie ist eine von bisher nur einer Handvoll, die auch die schnellen Schwankungen des sichtbaren Lichts und vor allem die Beziehung dieser Schwankungen zu denen bei Röntgenstrahlen untersucht."
Die Beobachtungen verfolgten das Flackern der Schwarzen Löcher gleichzeitig mit zwei verschiedenen Instrumenten, eines am Boden und eines im Weltraum. Die Röntgendaten wurden mit dem NASA-Satelliten Rossi X-ray Timing Explorer aufgenommen. Das sichtbare Licht wurde mit der Hochgeschwindigkeitskamera ULTRACAM, einem Besuchsinstrument am Very Large Telescope (VLT) der ESO, gesammelt und zeichnete bis zu 20 Bilder pro Sekunde auf. ULTRACAM wurde von den Teammitgliedern Vik Dhillon und Tom Marsh entwickelt. "Dies ist eine der schnellsten Beobachtungen eines Schwarzen Lochs, die jemals mit einem großen optischen Teleskop erhalten wurden", sagt Dhillon.
Zu ihrer Überraschung stellten Astronomen fest, dass die Helligkeitsschwankungen im sichtbaren Licht noch schneller waren als bei Röntgenstrahlen. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Variationen des sichtbaren Lichts und des Röntgenstrahls nicht gleichzeitig sind, sondern einem wiederholten und bemerkenswerten Muster folgen: Kurz vor einer Röntgenfackel wird das sichtbare Licht dunkler und steigt dann für einen winzigen Moment zu einem hellen Blitz an Bruchteil einer Sekunde, bevor sie schnell wieder abnimmt.
Sehen Sie sich einen Film über die Schwankungen an.
Keine dieser Strahlung tritt direkt aus dem Schwarzen Loch aus, sondern aus den intensiven Energieflüssen elektrisch geladener Materie in ihrer Nähe. Die Umgebung eines Schwarzen Lochs wird ständig durch konkurrierende Kräfte wie Schwerkraft, Magnetismus und Explosionsdruck verändert. Infolgedessen variiert die Helligkeit des von den heißen Materieströmen emittierten Lichts durcheinander und willkürlich. "Das in dieser neuen Studie gefundene Muster besitzt jedoch eine stabile Struktur, die sich inmitten einer ansonsten chaotischen Variabilität auszeichnet, und kann so wichtige Hinweise auf die dominanten zugrunde liegenden physikalischen Prozesse in Aktion liefern", sagt Teammitglied Andy Fabian.
Es wurde allgemein angenommen, dass die Emission von sichtbarem Licht aus den Nachbarschaften von Schwarzen Löchern ein sekundärer Effekt ist, wobei ein primärer Röntgenausbruch das umgebende Gas beleuchtet, das anschließend im sichtbaren Bereich schien. Wenn dies jedoch so wäre, würden alle Variationen des sichtbaren Lichts hinter der Variabilität der Röntgenstrahlen zurückbleiben und viel langsamer zu spitzen und zu verblassen sein. „Das jetzt entdeckte schnelle Flackern des sichtbaren Lichts schließt dieses Szenario für beide untersuchten Systeme sofort aus“, erklärt Gandhi. "Stattdessen müssen die Variationen der Röntgen- und sichtbaren Lichtleistung einen gemeinsamen Ursprung haben und einen sehr nahe am Schwarzen Loch selbst haben."
Starke Magnetfelder sind der beste Kandidat für den dominanten physikalischen Prozess. Als Reservoir können sie die in der Nähe des Schwarzen Lochs freigesetzte Energie aufnehmen und speichern, bis sie entweder als heißes (mehrere Millionen Grad) röntgenemittierendes Plasma oder als Ströme geladener Teilchen, die sich in der Nähe des Schwarzen Lochs bewegen, abgegeben werden können die Lichtgeschwindigkeit. Die Aufteilung der Energie in diese beiden Komponenten kann zu dem charakteristischen Muster der Variabilität von Röntgenstrahlen und sichtbarem Licht führen.
Artikel zu dieser Forschung: Hier und Hier
Quelle: ESO
