Teleskope enthüllen die schnelle Rotation des Schwarzen Lochs in der Milchstraße, das die Raumzeit verzerrt

Die Illustration dieses Künstlers zeigt einen Querschnitt eines supermassereichen Schwarzen Lochs und der umgebenden Materie im Zentrum unserer Galaxie. Die schwarze Kugel in der Mitte stellt den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs dar, den Punkt ohne Wiederkehr, von dem nichts, nicht einmal Licht, entkommen kann. Wenn man ein rotierendes Schwarzes Loch von der Seite betrachtet, wie in dieser Abbildung gezeigt, hat die es umgebende Raumzeit die Form eines amerikanischen Fußballs. Das gelb-orange Material auf beiden Seiten stellt Gas dar, das um das Schwarze Loch wirbelt. Diese Materie strömt unweigerlich in das Schwarze Loch und überquert den Ereignishorizont, sobald sie in die Kugelform fällt. Somit wird der Bereich innerhalb der Fußballform, aber außerhalb des Ereignishorizonts als Hohlraum dargestellt. Die blauen Punkte zeigen Jets, die von den Polen des rotierenden Schwarzen Lochs wegschießen. Bildquelle: NASA/CXC/M.Weiss

• Eine neue Studie könnte helfen, die Frage zu klären, wie schnell Milchstraßeenorm schwarzes Loch Spins.
• Das Schwarze Loch, bekannt als Sagittarius A* (Sgr A*), hat eine Masse, die etwa 4 Millionen Mal so groß ist wie die unserer Sonne.
• Verwenden NASADiese Studie des Chandra-Röntgenobservatoriums der NSF und des Very Large Array der NSF ergab, dass Sagittarius Sgr A* sehr schnell rotiert.
• Diese hohe Rotation verzerrt die Raumzeit um Sagittarius A*, sodass es die Form eines amerikanischen Fußballs zu haben scheint.

Die Illustration dieses Künstlers zeigt die Ergebnisse einer neuen Studie des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Galaxie namens Sagittarius A* (abgekürzt Sgr A*). Diese Entdeckung ergab, dass sich Sagittarius A* so schnell dreht, dass es die Raumzeit – also die Zeit und die drei Dimensionen des Raums – verzerrt, sodass es eher wie ein Fußball aussehen kann.

Diese Ergebnisse wurden mit dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA und dem Karl J. Jansky Very Large Array (VLA) der NSF erzielt. Ein Forscherteam hat eine neue Methode eingesetzt Röntgen Und Radiodaten, um zu bestimmen, wie schnell sich Sgr A* dreht, basierend darauf, wie Material zum Schwarzen Loch hin und von diesem weg fließt. Sie fanden heraus, dass sich Schütze A* mit einer Winkelgeschwindigkeit von etwa 60 % des maximal möglichen Wertes und einem Drehimpuls von etwa 90 % des maximal möglichen Wertes dreht.

Schwarze Löcher haben zwei grundlegende Eigenschaften: ihre Masse (wie viel sie wiegen) und ihren Spin (wie schnell sie sich drehen). Die Bestimmung eines dieser Werte sagt den Wissenschaftlern viel über jedes Schwarze Loch und sein Verhalten aus. In der Vergangenheit haben Astronomen mehrere andere Schätzungen der Rotationsgeschwindigkeit von Sagittarius A* mit unterschiedlichen Techniken durchgeführt. Die Ergebnisse reichten von Sagittarius A*, der sich überhaupt nicht drehte, bis zu einer Rotation mit fast maximaler Geschwindigkeit.

Die neue Studie legt nahe, dass Sagittarius A* tatsächlich sehr schnell rotiert und die ihn umgebende Raumzeit zusammendrückt. Die Abbildung zeigt einen Querschnitt von Bogen A* und dem Material, das ihn in der Scheibe umkreist. Die schwarze Kugel in der Mitte stellt den sogenannten Ereignishorizont des Schwarzen Lochs dar, den Punkt ohne Wiederkehr, von dem nichts, nicht einmal Licht, entkommen kann.

Wenn man ein rotierendes Schwarzes Loch von der Seite betrachtet, wie in dieser Abbildung gezeigt, hat die es umgebende Raumzeit die Form eines Fußballs. Je höher die Schleudergeschwindigkeit, desto flacher wird der Fußball.

Das gelb-orangefarbene Material auf beiden Seiten stellt Gas dar, das um Sagittarius A* wirbelt. Diese Materie strömt unweigerlich in das Schwarze Loch und überquert den Ereignishorizont, sobald sie in die Kugelform fällt. Somit wird der Bereich innerhalb der Fußballform, aber außerhalb des Ereignishorizonts als Hohlraum dargestellt. Die blauen Punkte zeigen Jets, die von den Polen des rotierenden Schwarzen Lochs wegschießen. Wenn wir das Schwarze Loch von oben entlang der Strahldüse betrachten, stellen wir fest, dass die Raumzeit kreisförmig ist.

Chandra-Röntgenbild von Sagittarius A* und der Umgebung. Bildnachweis: NASA/CXC/Universität. Aus Wisconsin / Y.Bai et al.

Die Rotation eines Schwarzen Lochs kann als wichtige Energiequelle dienen. Supermassive Schwarze Löcher erzeugen parallele strahlartige Ausflüsse, wenn ihnen ihre Spinenergie entzogen wird, was zumindest etwas Materie in der Nähe des Schwarzen Lochs erfordert. Aufgrund des begrenzten Treibstoffs um Sagittarius A* war dieses Schwarze Loch in den letzten paar tausend Jahren relativ ruhig und hatte relativ schwache Jets. Diese Arbeit zeigt jedoch, dass sich dies ändern kann, wenn die Materialmenge in der Nähe von Sgr A* zunimmt.

Um den Spin* des Schwarzen Lochs zu bestimmen, verwendeten die Autoren eine experimentelle Technik namens „Outflow-Methode“, die die Beziehung zwischen Spin und Masse des Schwarzen Lochs, den Eigenschaften der Materie in der Nähe des Schwarzen Lochs und den Eigenschaften des Schwarzen Lochs detailliert beschreibt Abfluss. Die parallele Auswärtsströmung erzeugt Radiowellen, während die das Schwarze Loch umgebende Gasscheibe für die Emission von Röntgenstrahlen verantwortlich ist. Mit dieser Methode kombinierten die Forscher Daten von Chandra und dem VLA mit unabhängigen Schätzungen der Masse des Schwarzen Lochs von anderen Teleskopen, um die Rotation des Schwarzen Lochs einzuschränken.

Der von Ruth Daly (Pennsylvania State University) verfasste Artikel, der diese Ergebnisse beschreibt, wurde in der Januarausgabe 2024 der Zeitschrift veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.

Referenz: „Neue Spinwerte des Schwarzen Lochs für Sagittarius A*, erhalten mit der Outflow-Methode“ von Ruth A. Daly, Megan Donahue, Christopher P. O'Dea, Biny Sebastian, Daryl Haggard und Anan Lu, 21. Oktober 2023, Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
doi: 10.1093/manras/stad3228

Weitere Autoren sind Penny Sebastian (Universität Manitoba, Kanada), Megan Donahue (Michigan State University), Christopher O'Dea (Universität Manitoba), Darrell Haggard (McGill University) und Anan Lu (McGill University).

Das Marshall Space Flight Center der NASA verwaltet das Chandra-Programm. Das Chandra X-ray Center des Smithsonian Astrophysical Observatory steuert den wissenschaftlichen Betrieb von Cambridge, Massachusetts, und den Flugbetrieb von Burlington, Massachusetts.