Schwarzes Loch macht große Blase

Astronomen haben die bisher stärksten bekannten gebündelten Materieausflüsse bei einem stellaren Schwarzen Loch sichtbar gemacht.

Durch die Kombination von Beobachtungen mit dem Very Large Telescope der ESO und mit solchen des Röntgensatelliten Chandra der NASA haben Astronomen die stärksten bisher beobachteten gebündelten Materieausflüsse (“Jets”) bei einem stellaren Schwarzen Loch sichtbar machen können. Ein solches Objekt bezeichnet man auch als Mikroquasar. Der neu entdeckte Mikroquasar in der Galaxie NGC 7793 erzeugt eine gewaltige Blase aus heißem Gas, die mit 1000 Lichtjahren Durchmesser mehr als doppelt so groß und die zehn mal so stark ist als bei allen anderen bislang bekannten Mikroquasaren.

Abb.: Ein stellares Schwarzes Loch (Bild: ESO/L. Calçada)

“Wir waren erstaunt, wieviel Energie das Schwarze Loch an das Gas abgibt, obwohl es nur wenige Sonnenmassen schwer ist”, erläutert Manfred Pakull, Wissenschaftler bei der Université de Strasbourg. “Wir haben hier eine echte Mini-Version der stärksten Quasare und Radiogalaxien, also von aktiven Galaxienkernen, die Schwarze Löcher mit einigen Millionen Sonnenmassen enthalten.”

Schwarze Löcher erzeugen ungeheure Mengen an Energie, wenn sie Materie “verschlucken”. Bis vor kurzem glaubten die Astronomen noch, dass der Großteil dieser Energie in Form von Strahlung ausgesendet würde, und das hauptsächlich im Röntgenbereich. Der neue Fund zeigt nun, dass einige Schwarze Löcher mindestens genauso viel Energie – wenn nicht sogar noch mehr – in Form von gebündelten Jets aus sich schnell bewegenden Teilchen abgeben. Die Jetteilchen werden in das interstellare Gas in der Umgebung des Schwarzen Lochs geschleudert; das Gas wird dadurch erwärmt und beginnt, sich auszudehnen. Die sich aufblähende Blase enthält dann eine Mischung aus heißem Gas und extrem schnellen Teilchen unterschiedlicher Temperatur. Durch Beobachtungen in unterschiedlichen Spektralbereichen, beispielsweise im Optischen, im Radiobereich und im Röntgenlicht, können Astronomen den gesamten Energiefluss bestimmen, mit dem das Schwarze Loch seine Umgebung aufheizt.

Pakull und sein Team haben diejenigen Regionen beobachten können, an denen die Jets auf das interstellare Gas treffen, welches das Schwarze Loch umgibt. Sie fanden heraus, dass sich die Blase aus heißem Gas mit einer Geschwindigkeit von beinahe einer Million Kilometer pro Stunde ausdehnt.

“Verglichen mit der Größe des Schwarzen Lochs in NGC 7793 ist die Länge der Jets, die es erzeugt, enorm”, erklärt Robert Soria, Wissenschaftler beim MSSL, University College London. “Wenn man das Schwarze Loch auf die Größe eines Fußballs verkleinern könnte, würde sich jeder der beiden Jets von der Erde aus bis weit über die Plutobahn hinaus erstrecken.”

Die neuen Forschungsergebnisse werden den Astronomen dabei helfen, die Ähnlichkeit zwischen solchen kleinen Schwarzen Löchern, die bei Supernovaexplosionen am Ende des Lebens eines Sterns entstehen, und den supermassereichen Schwarzen Löchern in den Zentren der Galaxien zu verstehen. Während bei letzteren starke Jets an der Tagesordnung sind, hat man bisher angenommen, dass sie bei Mikroquasaren weniger häufig auftreten. Die Neuentdeckung deutet darauf hin, dass man viele dieser Mikroquasar-Jets bislang schlichtweg übersehen hat.

Das Schwarze Loch und seine Gasblase befinden sich in 12 Millionen Lichtjahren Entfernung von der Erde in den Außenbereichen der Spiralgalaxie NGC 7793 (eso0914b). Diese Galaxie liegt am südlichen Nachthimmel im Sternbild Bildhauer. Aus der Größe und der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Gases konnten die Astronomen ableiten, dass der Jet seit mindestens 200.000 Jahren ausgestoßen wird.

Größe eines Schwarzen Lochs

Astronomen haben bislang keine Möglichkeit, die Größe eines Schwarzen Loches direkt zu bestimmen. Allerdings hängen Masse und Radius eines Schwarzen Loches laut Allgemeiner Relativitätstheorie direkt miteinander zusammen. Das kleinste bislang entdeckte stellare Schwarze Loch hat einen Radius von rund 15 km. Ein durchschnittliches stellares Schwarzes Loch von etwa 10 Sonnenmassen ist etwa doppelt so groß, ein “großes” stellares Schwarzes Loch könnte einen Radius von bis zu 300 km haben. Das wäre noch immer viel kleiner als die Jets, die sich auf beiden Seiten des Schwarzen Loches mehrere Hundert Lichtjahre weit nach außen erstrecken, was mehreren Tausend Millionen Millionen Kilometern entspricht.

ESO Science Outreach Network/Max-Planck-Institut für Astronomie/DPA/KP