Monster Schwarzes Loch dreht sich mit halber Lichtgeschwindigkeit

In dieser kombinierten Ansicht des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA und des Hubble-Weltraumteleskops sind mehrere Bilder eines entfernten Quasars zu sehen. Die Chandra-Daten wurden verwendet, um den Spin des supermassereichen Schwarzen Lochs, das diesen Quasar antreibt, direkt zu messen. Bildnachweis: Röntgen: NASA/CXC/Univ of Michigan/R.C.Reis et al.; Optisch: NASA/STScI' lazy="lazy" data-src='img/science-wire/71/monster-black-hole-spins-half-speed-light.png

Größer anzeigen.| In dieser kombinierten Ansicht des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA und des Hubble-Weltraumteleskops sind mehrere Bilder eines entfernten Quasars zu sehen. Die Chandra-Daten wurden verwendet, um den Spin des supermassereichen Schwarzen Lochs, das diesen Quasar antreibt, direkt zu messen. Bildnachweis: Röntgen: NASA/CXC/Univ of Michigan/R.C.Reis et al.; Optisch: NASA/STScI


Wissenschaftler der University of Michigan haben die erste direkte Messung der Spinrate eines supermassiven Schwarzen Lochs in 6 Milliarden Lichtjahren Entfernung durchgeführt. Sie fanden heraus, dass es sich mit halber Lichtgeschwindigkeit dreht. Die Lichtgeschwindigkeit beträgt etwa 300.000 Kilometer (186.000 Meilen) pro Sekunde! Wer wusste? Vielleicht drehen sie sich alle so schnell. Die Astronomen aus Michiganveröffentlichtihre Ergebnisse online im JournalNaturam 5. März 2014.

Diese Wissenschaftler sagen, dass die Arbeit Erkenntnisse darüber liefert, wie diese fernen Schwarzen Löcher und ihre Wirtsgalaxien wachsen und sich im Laufe der Zeit verändern.


Es wird angenommen, dass supermassereiche Schwarze Löcher in den Kernen der meisten, wenn nicht aller Galaxien lauern. Sie sind millionen- oder milliardenfach massereicher als unsere Sonne und spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Galaxien.

„Die Wachstumsgeschichte eines supermassiven Schwarzen Lochs ist in seinem Spin kodiert, daher können uns Untersuchungen des Spins gegen die Zeit ermöglichen, die Koevolution von Schwarzen Löchern und ihren Wirtsgalaxien zu untersuchen“, sagte Mark Reynolds, wissenschaftlicher Assistent in der University of Michigan College of Literature, Arts and Sciences. Reynolds ist Mitautor der neuen Studie.

Spin bezieht sich sowohl auf die Geschwindigkeit als auch auf die Richtung, mit der sich ein Schwarzes Loch im Verhältnis zu den hineinfallenden Gasen dreht. Während Astronomen seit langem in der Lage sind, die Massen von Schwarzen Löchern zu messen, war die Bestimmung ihrer Spins viel schwieriger. (Spin und Masse sind die beiden Eigenschaften, die sie verwenden, um Schwarze Löcher zu definieren.)

In den letzten zehn Jahren haben Wissenschaftler Wege gefunden, den Spin aus mehreren Milliarden Lichtjahren Entfernung abzuschätzen, aber ihre Methoden waren indirekt und beruhten auf Annahmen.




„Wir wollen in der Lage sein, bei der Bestimmung der Spins von Schwarzen Löchern im ganzen Universum sozusagen den Mittelsmann auszuschalten“, sagte Rubens Reis, Postdoc in Astronomie an der U-M und Erstautor der neuen Arbeit.

Dies gelang ihnen für das Schwarze Loch im Zentrum des Quasars, das als RX J1131-1231 (kurz RX J1131) bekannt ist. Es ist etwa sechs Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt und 7,7 Milliarden Jahre alt. Quasare, die zu den leuchtendsten und energiereichsten Objekten im Universum gehören, bestehen aus Materie, die in supermassereiche Schwarze Löcher fällt. Sie geben Energie und Licht bei verschiedenen Wellenlängen ab, einschließlich sichtbarer und Röntgenstrahlung.

Unter normalen Umständen wäre dieser weit entfernte Quasar zu schwach, um ihn zu untersuchen. Die Forscher konnten jedoch eine Art natürlichen Teleskopeffekt, den sogenannten Gravitationslinseneffekt, und eine glückliche Ausrichtung des Quasars und einer riesigen elliptischen Galaxie nutzen, um eine genauere Ansicht zu erhalten. Gravitationslinsenbildung, die zuerst von Einstein vorhergesagt wurde, tritt auf, wenn die Schwerkraft massiver Objekte wie eine Linse wirkt, um das Licht von weiter entfernten Objekten beim Passieren zu biegen, zu verzerren und zu vergrößern.

„Durch diese Gravitationslinse konnten wir sehr detaillierte Informationen über das Röntgenspektrum – d. h. die Menge an Röntgenstrahlen, die bei unterschiedlichen Energien gesehen werden – von RX J1131 erhalten“, sagte Reynolds. „Dadurch konnten wir einen sehr genauen Wert dafür erhalten, wie schnell sich das Schwarze Loch dreht.“


Die Forscher verstärkten ihr natürliches Teleskopsignal mit dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA und dem XMM-Newton-Teleskop der Europäischen Weltraumorganisation, um festzustellen, dass sich das Schwarze Loch mit fast halber Lichtgeschwindigkeit dreht. Mit den Röntgendaten konnten die Wissenschaftler den Radius der Scheibe der Materie messen, die in das Schwarze Loch fällt, und aus ihrem Radius ihre Rotationsgeschwindigkeit bestimmen.

„Wir schätzen, dass die Röntgenstrahlen aus einer Region der Scheibe kommen, die nur etwa dreimal so groß ist wie der Radius des Ereignishorizonts – der Punkt, an dem einfallende Materie nicht mehr zurückkehren kann“, sagte Jon M. Miller, außerordentlicher Professor für Astronomie an der UM und ein weiterer Co-Autor des Papiers. „Das Schwarze Loch muss sich extrem schnell drehen, damit eine Scheibe in einem so kleinen Radius überleben kann.“

Die Messung des Spins entfernter Schwarzer Löcher kann Forschern helfen herauszufinden, ob sie durch große Verschmelzungen oder kleinere Episoden wachsen. Wenn sie hauptsächlich aus Galaxienverschmelzungen wachsen, sollten sie sich von einer ständigen Zufuhr von neuem Material aus einer Richtung in ihren umgebenden Scheiben ernähren, heißt es in einer Pressemitteilung der NASA. Das würde zu einem schnellen Spinnen führen.

Wenn sie durch viele kleine Episoden wachsen, wie interstellare Gaswolken und Sterne, die zu nah wandern und hineinfallen, würde man erwarten, dass sie Material aus zufälligen Richtungen ansammeln. Wie ein Karussell, das sowohl nach hinten als auch nach vorne geschoben wird, würde sich das Schwarze Loch dadurch langsamer drehen, sagten die Forscher.


Die Entdeckung, dass sich das Schwarze Loch in RX J1131 mit fast halber Lichtgeschwindigkeit dreht, deutet darauf hin, dass es durch Fusionen gewachsen ist.

„Die Möglichkeit, den Spin Schwarzer Löcher über einen großen kosmischen Zeitbereich zu messen, sollte es ermöglichen, direkt zu untersuchen, ob sich das Schwarze Loch im Gleichschritt mit seiner Wirtsgalaxie entwickelt oder nicht“, sagte Reis. „Die Messung des Spins des Schwarzen Lochs RX J1131-1231 ist ein wichtiger Schritt auf diesem Weg und demonstriert eine Technik zum Zusammenbau einer Probe entfernter supermassereicher Schwarzer Löcher mit aktuellen Röntgenobservatorien.“

Über die University of Michigan