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SCHWARZE LÖCHER
Die Grenze der Akkretionsscheibe 
von Stefan Deiters
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9. Mai 2001

Mit Hilfe von gleich vier Weltraumobservatorien der NASA konnten amerikanische Astronomen ermitteln, wo genau die Grenze der Akkretionsscheibe um ein Schwarzes Loch liegt. Dabei handelt es sich um die scheibenförmige Struktur, in der Material in ein Schwarzes Loch hineinspiralt. Weiß man wie groß sie ist, lassen sich auch die Vorgänge in dieser Scheibe besser verstehen und zudem berechnen, welche Energiemengen hier frei werden.

XTE J1118+480
Chandra-Spektrum des Schwarzen Loches XTE J1118+480. Foto: NASA, CfA, J. McClintock et al.  
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Im letzten Jahr nahmen gleich vier Weltraumteleskope ein Objekt unter die Lupe, das unter dem Namen XTE J1118+480 bekannt ist. Das Hubble Weltraumteleskop lieferte optische Daten, der Extreme Ultraviolet Explorer registrierte die ultraviolette Strahlung, der Rossi X-Ray Timing Explorer beobachtete hochenergetische Röntgenstrahlung und das Röntgenteleskop Chandra schließlich lieferte Messwerte aus dem Energiebereich zwischen der ultravioletten und der extremen Röntgenstrahlung, durch die praktisch alle Daten verbunden werden konnten. Bei dem Objekt XTE J1118+480 handelt es sich nach Ansicht der Astronomen um ein Schwarzes Loch mit der ungefähr siebenfachen Masse unserer Sonne. 

"Durch die Kombination der Beobachtungen von XTE J1118+480 in vielen unterschiedlichen Wellenlängenbereichen konnten wir den ersten klaren Beweis finden, dass die sogenannte Akkretionsscheibe um das Schwarzes Loch deutlich weiter vom Schwarzen Loch entfernt endet", erläutert Jeffrey McClintock vom Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik die Bedeutung der Beobachtungen. "Die Chandra-Daten deuten darauf hin, dass die Akkretionsscheibe nicht dichter als etwa 1.000 Kilometer an den Ereignishorizont heranreicht. Das ist ein wesentlich größerer Abstand als die rund 40 Kilometer, die manche erwartet hatten." 

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Akkretionsscheiben sind in der Astronomie ein häufig auftretendes Phänomen: In diesem Fall zieht das Schwarze Loch Material von einem etwa sonnenähnlichen Stern ab. Dieses Gas sammelt sich in einer scheibenförmigen Struktur, in deren Zentrum das Schwarze Loch liegt. Das Material spiralt nun vom äußeren Rand der Scheibe langsam zum inneren Rand, wird aufgeheizt und gibt dadurch intensive Röntgenstrahlung ab. Durch Untersuchung dieser Röntgenstrahlung können die Astronomen erkennen, wie weit die Akkretionsscheibe an das Schwarze Loch heranreicht.

Wenn das Material sehr schnell in das Schwarze Loch fällt, sollte die Akkretionsscheibe bis etwa 40 Kilometer an den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs heranreichen. Der Ereignishorizont stellt quasi die Oberfläche ohne Wiederkehr dar: Für Material was ihn durchschritten hat, gibt es keinen Weg zurück. Das gilt sogar für Licht. Die Astronomen sind sich aber uneinig, wie weit die Akkretionsscheibe an den Ereignishorizont heranreicht, wenn das Material nur sehr langsam in das Schwarze Loch fällt. 

"Der Durchbruch gelang, als Chandra keinerlei Hinweise in der Röntgenstrahlung ausmachen konnte, die man erwartet hätte wenn die Akkretionsscheibe bis zu 40 Kilometer an den Ereignishorizont heranreicht", erläutert die theoretische Astrophysikerin Ann Esin vom California Institute of Technology. "Das ist für Modelle, die davon ausgehen, dass die Scheibe bis dicht an den Ereignishorizont reicht, ein Problem."

XTE J1118+480 wurde im März 2000 vom Rossi X-Ray Timing Explorer entdeckt, als von dem Objekt ein plötzlicher Ausbruch im Röntgenstrahlenbereich ausging. Da das Objekt so günstig liegt, dass Gas oder Staub die Beobachtungen in anderen Wellenlängen nicht behindern, wurden im folgenden Monat intensive Beobachtungen mit anderen Instrumenten organisiert. Das hier gezeigte Bild von Chandra zeigt das Spektrum des Objektes. Dabei sind - ähnlich wie bei einem Sonnenspektrum - die von Chandra gemessenen Röntgenstrahlen ihrer Energie nach geordnet: Die höchste Energien finden sich im Zentrum des Bildes, die weniger energiereichen Röntgenstrahlen am Rande. 

Links im WWW
Chandra X-ray Observatory
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