Wissenschaftler haben die Reise eines Bündels verdammter Materie zusammengesetzt, als es viermal ein Schwarzes Loch umkreiste, eine erste Beobachtung. Ihre Technik bietet eine neue Methode zur Messung der Masse eines Schwarzen Lochs. und dies könnte es ermöglichen, Einsteins Gravitationstheorie in einem Ausmaß zu testen, das nur wenige für möglich gehalten haben.
Ein Team unter der Leitung von Dr. Kazushi Iwasawa vom Institut für Astronomie (IoA) in Cambridge, England, folgte im Laufe eines Tages der Spur heißen Gases, als es ungefähr in der gleichen Entfernung, in der die Erde das Erdumlauf umkreist, um das supermassereiche Schwarze Loch peitschte Sonne. Durch die extreme Schwerkraft des Schwarzen Lochs beschleunigt, dauerte die Umlaufbahn jedoch etwa einen viertel Tag statt eines Jahres.
Die Wissenschaftler konnten die Masse des Schwarzen Lochs berechnen, indem sie die Messungen für die Energie des Lichts, seine Entfernung vom Schwarzen Loch und die Zeit, die es dauerte, um das Schwarze Loch zu umkreisen, einfügten - eine Verbindung von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie und gutem Alter. gestaltete Kepler-Physik.
Iwasawa und sein Kollege am IoA, Dr. Giovanni Miniutti, präsentieren dieses Ergebnis heute auf einer webbasierten Pressekonferenz in New Orleans auf dem Treffen der Abteilung für Hochenergie-Astrophysik der American Astronomical Society. Dr. Andrew Fabian vom IoA begleitet sie bei einem Artikel, der in einer kommenden Ausgabe der monatlichen Mitteilungen der Royal Astronomical Society erscheint. Die Daten stammen vom XMM-Newton-Observatorium der Europäischen Weltraumorganisation.
Das Team untersuchte eine Galaxie namens NGC 3516, etwa 100 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Ursa Major, der Heimat des Großen Wagens (oder des Pfluges). Es wird angenommen, dass diese Galaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch in ihrem Kern beherbergt. Gas in diesem zentralen Bereich leuchtet in Röntgenstrahlung, wenn es unter der Schwerkraft des Schwarzen Lochs auf Millionen Grad erhitzt wird.
XMM-Newton erfasste spektrale Merkmale von Licht um das Schwarze Loch, das auf einem Spektrographen mit Spitzen angezeigt wurde, die bestimmte Energieniveaus anzeigen, ähnlich wie die gezackten Linien eines Kardiographen. Während der ganztägigen Beobachtung nahm XMM eine Fackel von angeregtem Gas auf, das das Schwarze Loch umkreiste, als es viermal peitschte. Dies war die entscheidende Information, die zur Messung der Masse des Schwarzen Lochs benötigt wurde.
Die Wissenschaftler kannten bereits die Entfernung des Gases vom Schwarzen Loch von seinem spektralen Merkmal. (Das Ausmaß der Gravitationsrotverschiebung oder des Energieverbrauchs, der durch die Spektrallinie festgestellt wird, hängt davon ab, wie nahe ein Objekt an einem Schwarzen Loch liegt.) Mit einer Umlaufzeit und -entfernung könnten die Wissenschaftler eine Massenmessung festlegen - zwischen 10 Millionen und 50 Millionen Sonnenmassen in Übereinstimmung mit Werten, die mit anderen Techniken erhalten wurden.
Während die Berechnung einfach ist, ist die Analyse zum Verständnis der Umlaufzeit einer Röntgenfackel neu und kompliziert. Im Wesentlichen entdeckten die Wissenschaftler einen Zyklus, der viermal wiederholt wurde: eine Modulation der Lichtintensität, begleitet von einer Schwingung der Lichtenergie. Die beobachtete Energie und der beobachtete Zyklus passen zum Profil von Licht, das durch Gravitation rot verschoben ist (Schwerkraft stiehlt Energie) und Doppler verschoben ist (ein Gewinn und Verlust an Energie, wenn sich umlaufende Materie auf uns zu und von uns weg bewegt).
Die Analysetechnik impliziert zur Überraschung dieses Wissenschaftsteams, dass die aktuelle Generation von Röntgenobservatorien erhebliche Fortschritte bei der Messung der Schwarzlochmasse erzielen kann, wenn auch mit langen Beobachtungen und Schwarzlochsystemen mit lang anhaltenden Fackeln. Aufbauend auf diesen Informationen können vorgeschlagene Missionen wie Constellation-X oder XEUS tiefere Fortschritte beim Testen von Einsteins Mathematik im Labor für extreme Schwerkraft erzielen.
Originalquelle: Pressemitteilung des Instituts für Astronomie
