Mikroquasare: Wachstumsbremse bei Schwarzen Löchern

astronews.com Redaktion

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Neue Beobachtungen des NASA-Röntgenteleskops Chandra könnten erklären helfen, wie es einer bestimmten Klasse von Schwarzen Löchern gelingt, in unregelmäßigen Abständen einen gebündelten Teilchenstrahl, einen sogenannten Jet, ab- und wieder einzuschalten. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass diese Schwarzen Löcher über einen Mechanismus verfügen, der regelt, mit welcher Rate sie wachsen. (26. März 2009)

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SpiderPig

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Ich vermute, das Eddington-Limit hat mit mindestens zwei der vermutlich mehreren Faktoren zur Bremsung des Wachstums zu tun.
Wenn die einzelnen Faktoren bekannt sein würden, könnte man sehe, das ein oder mehrere der Wachstumsbremsen bei großen SL sehr stark zum tragen kommen.
Andererseits werden die Faktoren, welche die Bremsen behindern oder beenden immer geringere Wirkung zeigen werden, je größer das SL wird.

Ich habe vor nicht allzu langer Zeit einen Artikel gelesen -ich glaube in der SuW-, bei dem Magnetfelder bei der Akkretion eine besonders wichtige Rolle spielen könnten, und zu starken Energieausbrüchen führen müssten. ... ich finde aber keinen passenden Link dazu.


SpiderPig
 

ZA RA

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Wachstumsbremse.

Hallo und guten Tag allerseits,

meine Frage ist, warum der im Bericht beschriebene Vorgang als Wachstumsbremse bezeichnet wird?

Danke
ZA RA
 

Orbit

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Das steht doch im Text, Za RA:
Die jüngsten Daten zeigen auch, dass durch den Wind und den Jet in etwa die gleiche Menge von Material aus der Umgebung des Schwarzen Lochs wegtransportiert wird. Dies werten die Astronomen als Hinweis darauf, dass das Schwarze Loch irgendwie die Materiemenge reguliert, die es aufnimmt. Der Mechanismus, durch den dies geschieht, könnte etwas mit dem Wechsel vom Jet zum Wind und wieder zurück zu tun haben. Eine solche Selbstregulierung ist den Astronomen schon von den supermassereichen Schwarzen Löchern bekannt, bei stellaren Schwarzen Löchern konnte sie aber hier erstmals klar nachgewiesen werden.
Orbit
 

mac

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Hallo ZA RA,

willkommen im Forum!

meine Frage ist, warum der im Bericht beschriebene Vorgang als Wachstumsbremse bezeichnet wird?
Materie kann, außer wenn sie exakt auf das schwarze Loch (SL), den Stern, den Planeten oder den Mond zu fällt, nicht auf ein solches Objekt aufschlagen oder hinein fallen. Sie würde, ohne einen solchen exakten Treffer, immer nur um dieses Objekt herum fallen, auf einer mehr oder minder elliptischen Umlaufbahn oder nur einmal daran vorbei ‚fliegen‘ fallen ist hier der korrekte Ausdruck.

Unter diesen Umständen allein, gäbe es aber weder Sterne noch Planeten, denn deren Masse war ursprünglich auch mal eine Gaswolke. Damit dieses Gas durch ein Schwerkraftzentrum (SL, Protostern, Stern, Planet ..) (weiterhin) akretiert werden kann, muß es seine kinetische (Bewegungs-)Energie los werden. Die hat es allein schon deshalb, weil es zunächst weiter weg von dem Schwerezentrum war und nun darauf zu fällt und dabei schneller wird (Potentielle Energie der Lage wird dabei in kinetische Energie umgewandelt) Wenn das Gas dicht genug ist, geschieht das in einer Akretionsscheibe, die sich wie ein ‚Saturnring‘ um das Schwerkraftzentrum herum aus einer Gaswolke ausbildet.

Bei Saturn läuft das ganz sehr ruhig ab, ganz ab und zu kollidieren mal einige Teilchen aus dem (sehr dünnen) Ring, werden etwas langsamer, wandern auf eine niedrigere Bahn. Das geht in der Bilanz nur, wenn sie bei der Kollision Bewegungsenergie in Wärme umwandeln und diese in Form von elektromagnetischen (meistens Mikro-)Wellen abstrahlen können.

Bei einem SL gibt es diesen Prozess auch, nur ist er da wesentlich heftiger. Die Kollisionen in der Gasscheibe geschehen mit ungeheuren Geschwindigkeiten (nicht weit weg von der Lichtgeschwindigkeit) dabei werden enorme Energiemengen ‚frei‘ in Form von ultraharter Röntgenstrahlung, Licht und Mikro- und Radiowellen. Wenn genügend Gas nachkommt, kann diese Strahlung so intensiv werden, daß sich das nachrückende Gas so stark aufheizt, daß dieses Gas so schnell wird, daß es den Ort des Geschehens schneller veläßt als nachströmendes Gas diesen Verlust ausgleichen kann, ja es bildet sich eine regelrechte Stoßfront aus, die das nachrückende Gas wieder nach außen treibt. Das Futter bleibt dann natürlich aus, damit die Strahlung und das Ganze fängt von vorne an.

Bei geeigneter Kombination von Größe des SL und Gasdruck in der Umgebung, kann es dabei zu einer sich aufschaukelnden rhythmischen Schwingung kommen, die man auch noch von hier aus ‚sehen‘ kann.

Herzliche Grüße

MAC
PS: Neben den Stößen untereinander, gibt es noch weitere Prozesse, die die kinetische Energie abbauen. Magnetfelder, erzeugt durch die ionisierten Gasatome in der rotierenden Scheibe und dem rotierenden Schwerezentrum sind einer davon.
 

Klaus

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Bei Saturn läuft das ganz sehr ruhig ab, ganz ab und zu kollidieren mal einige Teilchen aus dem (sehr dünnen) Ring, werden etwas langsamer, wandern auf eine niedrigere Bahn. Das geht in der Bilanz nur, wenn sie bei der Kollision Bewegungsenergie in Wärme umwandeln und diese in Form von elektromagnetischen (meistens Mikro-)Wellen abstrahlen können.

Die Energieabstrahlung ist kaum ein Problem, den Drehimpuls los zu werden hingegen schon. Energetisch ist die Sache relativ einfach. Zum Übergang auf eine weiter innen liegende Kreisbahn, wird eine Hälfte der potentiellen Energie zum Beschleunigen auf die dort höhere Kreisbahngeschwindigkeit benötigt, die andere Hälfte der Energie wird in Form von Wärme oder Strahlung oder vergrößerter thermischer Bewegung frei.

Das eigentliche Problem ist die Drehimpulserhaltung. Sofern die Materiedichte hoch genug ist, wandert der Drehimpuls durch die Thermik recht schnell allein nach außen, wobei sich bevorzugt leichte Teilchen zügig in Richtung Rotationszentrum als auch entgegengesetzt bewegen dürften. Die nach innen wandernde Materie setzt dabei entsprechend Energie frei.
Wenn die Materiedichte zwischen dem Rotationszentrum und den äußeren Regionen irgendwo zu gering wird, dürfte der Materie und Drehimpulstransport dort zum Erliegen kommen. Die nach außen bzw. innen wandernde Materie sammelt sich an den neuen Rändern der Scheibe und kann dort bei hinreichend kleinen Gezeitenkräften der zentralen Masse auch zu gößeren Objekten zusammenklumpen - dies zumindest wäre so meine Vorstellung.

Wenn das kompakte Zentrum der Rotation wie im Artikel erwähnt explosionsartig Material freisetzt, würde ich vermuten, daß die Akkretionsscheibe auf eben dieses jeweils ein wenig Drehimpuls übertragen kann, wodurch dann wieder neue Materie nach innen gelangen kann...
 

Orbit

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Nochmals schön der Reihe nach, sonst schnall ich es nicht:
Mac:
Sie würde, ohne einen solchen exakten Treffer, immer nur um dieses Objekt herum fallen, auf einer mehr oder minder elliptischen Umlaufbahn...
Das sehe ich auch so. Aber das, mac...
...einige Teilchen aus dem (sehr dünnen) Ring, werden etwas langsamer, wandern auf eine niedrigere Bahn.
...ist doch zu stark verkürzt und das, Klaus...
wird eine Hälfte der potentiellen Energie zum Beschleunigen auf die dort höhere Kreisbahngeschwindigkeit benötigt
...auch.
Ein einmal abgebremstes Teilchen wird nur dann auf eine innere stabile Kreisbahn wechseln, wenn es nach dem Abbremsen im entscheidenden Moment wieder auf die entsprechende Kreisbahngeschwindigkeit beschleunigt wird, und das wird bei den Teilchen im Saturnring nur zufälligerweise passieren. Viel wahrscheinlich ist doch, dass seine Exzentrizität bei jeder Abbremsung zunimmt, bis die Periapsisdistanz so klein ist wie der Radius des Zentralkörpers (inklusive Atmosphäre). Dann kommt's zum Absturz.
Orbit
 

mac

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Hallo Orbit,


...ist doch zu stark verkürzt
weil Du die Hälfte der Aussage im Zitat weggelassen hast und weil ich es ungeschickt formuliert habe. Der Abstieg oder der Aufstieg beginnt selbstverständlich erst nach einer Geschwindigkeitsänderung durch Kollision.

Ein einmal abgebremstes Teilchen wird nur dann auf eine innere stabile Kreisbahn wechseln, wenn es nach dem Abbremsen im entscheidenden Moment wieder auf die entsprechende Kreisbahngeschwindigkeit beschleunigt wird, und das wird bei den Teilchen im Saturnring nur zufälligerweise passieren. Viel wahrscheinlich ist doch, dass seine Exzentrizität bei jeder Abbremsung zunimmt, bis die Periapsisdistanz so klein ist wie der Radius des Zentralkörpers (inklusive Atmosphäre). Dann kommt's zum Absturz.
Wenn das Teilchen für sich alleine wäre, und solche Zufälle trotzdem in Anspruch nehmen könnte, ja.

Auf einer Kreisbahn im Ring ist die Wahrscheinlichkeit einer Kollision am geringsten. Sobald das Teilchen durch eine Kollision Geschwindigkeit gewinnt oder verliert, muß es seine Kreisbahn verlassen. Damit steigt seine Chance auf Kollisionen. Entweder es gelingt ihm danach wieder einer Kreisbahn zu folgen oder das ‚Spiel‘ geht weiter.

Herzliche Grüße

MAC
 

Orbit

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OK, mac, dann reden wir vom selben, und mein kleines Wissen, das ich mir inzwischen angeeignet habe, kommt nicht ins Wanken. :)
Orbit
 

Klaus

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Wenn die Materiedichte zwischen dem Rotationszentrum und den äußeren Regionen irgendwo zu gering wird, dürfte der Materie und Drehimpulstransport dort zum Erliegen kommen. Die nach außen bzw. innen wandernde Materie sammelt sich an den neuen Rändern der Scheibe und kann dort bei hinreichend kleinen Gezeitenkräften der zentralen Masse auch zu gößeren Objekten zusammenklumpen - dies zumindest wäre so meine Vorstellung.

Hab grad ein Photo entdeckt, was dies eventuell etwas verdeutlicht. :)
http://www.starobserver.org/ap090415.html
 
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