Energie-Rätsel Schwarzes Loch

Künstlerische Darstellung der Spiralgalaxie MCG-6-30-15
Künstlerische Darstellung der Spiralgalaxie MCG-6-30-15
31 Oktober 2001

Einem Astronomen-Team unter der Leitung des Tübinger Astrophysikers Dr. Jörn Wilms gelang erstmals der Nachweis, dass die geheimnisvollen Schwarzen Löcher nicht nur Energie und Materie verschlingen, sondern auch Energie abgeben können. Die Entdeckung basiert auf den Beobachtungsergebnissen des am 10. Dezember 1999 gestarteten größten Wissenschaftssatelliten der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA, dem Röntgenobservatorium XMM-Newton. Das Hochleistungsteleskop wird vom europäischen Satellitenkontrollzentrum ESOC in Darmstadt sowie von den ESTRACK-Bodenstationen in Villafranca (Spanien), Perth (Australien) und Kourou (Französisch-Guyana) gesteuert und überwacht.

Schwerkraft-Monster

Schwarze Löcher sind gigantische Materieansammlungen auf extrem kleinsten Raum. Schwerkraftmonster, die wegen ihrer ungeheuerlichen Masse nicht einmal Lichtstrahlen entweichen lassen. Man erkennt sie nur indirekt, da sie wie ein superstarker Staubsauger agieren, Materie anziehen und diese dann gnadenlos wie eine fleischfressende Pflanze ein für allemal im tiefen Schlot verspeisen. Selbst Sterne teilen dieses Schicksal, wenn sie in den Anziehungsbereich eines derartigen Schwarzen Lochs kommen. Es entstehen massivste Gravitationsfelder mit starker Röntgenstrahlung. Ihnen wird eine Schlüsselfunktion bei der Entstehung des Universums zugeschrieben. Soweit die bisherigen Erkenntnisse.

Materie-Nachschub von der Akkretionsscheibe

Mittlerweile sind etliche Schwarze Löcher bekannt. Es gibt unter ihnen "Leicht"- und Schwergewichte. Selbst im Zentrum unserer Milchstraße wurde ein Schwarzes Loch entdeckt.
Bevor die Materie im Schlot verschwindet, sammelt sie sich auf einer so genannten Akkretionsscheibe. Das ist ein spiralförmiges Diskusgebilde, das die Materie langsam von außen nach innen führt und sie dann nach und nach in das Zentrum des Schwarzen Lochs abgibt.
Um diese Prozesse besser verstehen zu können, untersuchte das Team um Jörn Wilms vom Institut für Astronomie und Astrophysik der Eberhard-Karls-Universität in Tübingen mit dem Röntgenteleskop XMM-Newton das 100 Mill. Lichtjahre entfernte, extrem massereiche Schwarze Loch in der Spiralgalaxie MCG-6-30-15. Besonders interessierten sich die Wissenschaftler für die Röntgen-Emissionslinie des ionisierten Eisens in der Akkretionsscheibe um jenes Schwarzes Loch.

Sehen, wo die Energie blubbert

Das Ergebnis überraschte die Forscher. Die Intensität der Röntgenemission des Eisens war deutlich höher, als aus Modellrechnungen zu erwarten gewesen wäre. Ein euphorischer Jörn Wilms erläutert die Situation: "Mit XMM-Newton haben wir etwas entdeckt, was niemand zuvor in einem Schwarzen Loch beobachtet hat. Für unser Schwarzes Loch bedeutet das, dass etwas Anderes dem Eisen zusätzliche Energie gibt, die in der Röntgenstrahlung sichtbar wird."
Wilms Teamkollege von der University of Maryland, der US-Astronom Dr. Christopher Reynolds, bringt es auf den Punkt: "Bisher konnten wir niemals beobachten, dass Energie von einem Schwarzen Loch abgestrahlt wird. Wir haben Energie immer nur hinein gehen sehen, niemals aber hinaus."

Sensationelle Entdeckung

Modell des Materieaustauschs
Modell des Materieaustauschs

Was könnte die Ursache für dieses rätselhafte Phänomen sein? Wilms, Reynolds sowie andere Team-Mitentdecker, wie der Brite James Reeves (Leicester University) und der Italiener Silvano Molendi (Instituto di Fisica Cosmica Milano) verweisen auf eine 25 Jahre alte Theorie der Astronomen Roger Blandford und Roman Znajek (beide Cambridge University). Diese auf den Gesetzen der Thermodynamik beruhende Theorie besagt, dass ein rotierendes Schwarzes Loch in einem sehr starken Magnetfeld durchaus abgebremst werden könnte. Die dabei frei werdende Rotationsenergie würde sich auf den inneren Bereich der Akkretionsscheibe übertragen. Und genau in diesen Bereich hat das Forscher-Team die ungewöhnlich heiße Eisen-Emissionslinie entdeckt.
Das Puzzle scheint aufzugehen. Jörn Wilms und seine Kollegen sehen hierin einen kausalen Zusammenhang zwischen der theoretisch vorhergesagten Erscheinung und ihrer Beobachtung. Weitere Spektral-Beobachtungen mit XMM-Newton sowohl im Bereich MCG-6-30-15 als auch bei anderen Schwarzen Löchern sollen die sensationelle Entdeckung untermauern.

XMM-Newton: Das Hochleistungsteleskop der ESA

Der Satellit XMM-Newton

XMM-Newton soll die von der Erde aus nicht beobachtbare Röntgenstrahlung aus den Tiefen des Raums erfassen und den Himmel mindestens zehn Jahre nach neuen Röntgen-Exoten durchmustern. Röntgenstrahlen entstehen zumeist bei dramatischen Ereignissen, beispielsweise bei Sternexplosionen, Supernovae, oder beim Zusammenstoß von Galaxien. Dann wird Materie von mehreren Millionen Grad frei, deren Röntgenstrahlung noch Jahrtausende danach von der Katastrophe kündet.
Auf der Fahndungsliste von XMM-Newton stehen explodierende Sterne, Pulsare, Quasare, Neutronensterne, Schwarze Löcher und Dunkle Materie. Man hofft, an die Grenzen von Zeit und Raum zu gelangen. Ein Hochleistungsteleskop der Sternen-Archäologie also.

Für weitere Informationen stehen zur Verfügung:

Dr. Fred Jansen
XMM-Newton Project Scientist, ESA-ESTEC, The Netherlands
Tel: +31.71.565.4426
Email: fjansen@astro.estec.esa.nl

DR. JÖRN WILMS
Institute for Astronomy and Astrophysics, Eberhard-Karls University, Tuebingen, Germany
Email: wilms@astro.uni-tuebingen.de
Tel: +49 7071 29-76128

Dr. Christopher REYNOLDS
University of Maryland, USA
Tel: + 1 301.405.2682
Email: chris@astro.umd.edu

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