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WISE
Schwarzes Loch mit flackerndem Jet
von Stefan Deiters
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22. September 2011

Mit Hilfe des Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) der amerikanischen Weltraumbehörde NASA ist es Astronomen gelungen, die Variabilität eines Jets zu verfolgen, der zu einem stellaren Schwarzen Loch in rund 20.000 Lichtjahren Entfernung gehört. Die Untersuchung des Jets kann den Forschern einiges über die extremen Bedingungen in der Nähe der Schwerkraftfalle verraten.

GX 339-4

So könnte es rund um das Schwarze Loch GX 339-4 aussehen. Bild: NASA   [Großansicht]

Bei der Untersuchung von Schwarzen Löchern haben Astronomen ein ganz fundamentales Problem: Man kann sie nicht sehen. Schwarze Löcher sind nun einmal "schwarz", keine Strahlung, die etwas über sie verraten könnte, kann ihnen entkommen. Doch zum Glück üben diese Schwerkraftfallen auch einen erheblichen Einfluss auf ihre Umgebung aus und dies sorgt oft für extrem helle Phänomene, deren Studium viel über die Schwarzen Löcher selbst verrät.

So verschwindet das Material, das in ein Schwarzes Loch fällt, nicht einfach so in der Schwerkraftfalle, sondern sammelt sich zuvor in einem scheibenförmigen Bereich um das Schwarze Loch, der sogenannten Akkretionsscheibe. Diese Scheibe heizt sich in der Regel stark auf und sendet daher eine intensive Strahlung aus, die beispielsweise im Röntgenbereich beobachtet werden kann. Ein Teil des Materials der Scheibe wird zudem in eng gebündelten Teilchenstrahlen, sogenannten Jets, mit oft nahezu Lichtgeschwindigkeit wieder ins All geschleudert.

Doch gerade die hellsten Bereiche der Jets, nämlich ihre Basis, waren bislang nur schwer zu untersuchen. Der im Infraroten beobachtende Wide-field Infrared Survey Explorer der NASA erlaubte den Astronomen nun aber einen neuen Blick auf diese faszinierende Region. Untersucht wurde dazu das bekannte Schwarze Loch GX 339-4, das sich in etwa 20.000 Lichtjahren Entfernung in der Nähe des Zentrums der Milchstraße befindet. Es handelt sich um ein stellares Schwarzes Loch mit ungefähr der sechsfachen Masse der Sonne, das von einem Begleitstern umrundet wird, von dem es ständig Material abzieht. Ein kleiner Teil dieses Materials entkommt der Schwerkraftfalle wieder in Form eines Jets.

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Doch dieser gebündelte Teilchenstrom scheint alles andere als regelmäßig zu sein: "Stellen Sie sich vor, wie es wäre, wenn die Sonne plötzliche Ausbrüche durchmacht, bei denen sie innerhalb von wenigen Stunden dreimal heller würde, um anschließend dann wieder mit normaler Helligkeit zu scheinen. Genau solche Ausbrüche haben wir bei diesem Jet beobachtet", erläutert Poshak Gandhi von der japanischen Raumfahrtagentur JAXA. Gandhi ist Erstautor eines Fachartikels über die Beobachtungen, der in den Astrophysical Journal Letters erscheint. "Dank des Infrarotblicks von WISE konnten wir erstmals in die innere Region zur Basis dieses Jets hineinzoomen und die Physik des Jets in Aktion beobachten."

"Um die helle, flackernde Aktivität eines Schwarzen Lochs zu sehen, muss man zur richtigen Zeit an der richtigen Stelle schauen", erklärt Peter Eisenhardt, der Projektwissenschaftler für WISE am Jet Propulsion Laboratory der NASA. "WISE hat ein Jahr lang alle elf Sekunden empfindliche Infrarotaufnahmen gemacht und dabei den gesamten Himmel erfasst, so dass es gelungen ist, dieses seltene Ereignis einzufangen." Dies war nur möglich, weil WISE den selben Bereich des Himmels gleich mehrfach beobachtet hat, um auf diese Weise beispielsweise erdnahe Asteroiden aufzuspüren.

Die Ergebnisse hielten für die Wissenschaftler einige Überraschungen bereit: Sie sahen gewaltige und unregelmäßige Fluktuationen in der Aktivität des Jets auf Zeitskalen von elf Sekunden bis zu einigen Stunden. Dies deutet auf Veränderungen der Größe der Basis des Jets hin. Diese hat nach Ansicht der Forscher einen Radius von rund 24.000 Kilometern, verändert sich aber offenbar um einen Faktor von zehn und mehr. "Wenn sie sich den Jet wie einen Feuerwehrschlauch vorstellen, dann haben wir entdeckt, dass das Wasser nicht stetig fließt und zudem die Dicke des Schlauchs stark variiert", vergleicht Poshak.

Mit den neuen Daten konnten die Astronomen auch die bislang beste Messung des Magnetfelds des Schwarzen Lochs machen, das etwa 30.000-mal stärker ist, als das Magnetfeld der Erde. Ein so starkes Magnetfeld ist nötig, um die Partikel zu einem engen Jets zu bündeln und zu beschleunigen. Dank der neuen Daten von WISE hoffen die Forscher nun, die Vorgänge in der Umgebung von Schwarzen Löchern bald besser verstehen zu können.

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siehe auch
Mikroquasare: Überraschend kräftige Jets - 7. Juli 2010
Fermi: Tiefer Blick in einen Mikroquasar - 27. November 2009
Schwarze Löcher: Das Flackern von Schwarzen Löchern - 16. Oktober 2008
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Schwarze Löcher: Mikroquasar rast durch die Galaxis - 19. November 2002
XMM: Röntgenteleskop beobachtet Mikroquasar - 18. April 2001
Links im WWW
WISE, Seiten der NASA
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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