Das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraßengalaxie dreht sich so schnell, dass es die Raumzeit in eine ovale Form verformt, die an einen American Football (oder einen Rugby-Ball für alle nicht-amerikanischen Leser) erinnert. Diese Erkenntnis stammt aus einer sorgfältigen Untersuchung von Radio- und Röntgenbeobachtungen.
Nach Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie kann ein massives Objekt, das sich dreht, die Raumzeit mit sich herumziehen. Dieses Phänomen wird als „Frame Dragging“ bezeichnet, und sogar bei unserer sich drehenden Erde wurde beobachtet, dass sie die Raumzeit in ihrer Nähe verformt. Bei extrem massereichen Objekten, d. h. supermassiven schwarzen Löchern, die viele Millionen oder sogar Milliarden Mal massereicher sind als unsere Sonne, ist dieser Effekt jedoch weitaus ausgeprägter. Und je schneller sich ein solches massereiches Objekt dreht, desto mehr flacht sich die Raumzeit um es herum ab und nimmt so die ovale Form an.
Die Spinrate des Schwarzen Lochs mit einer Masse von 4,1 Millionen Sonnenmassen in unserer Galaxie, das Sagittarius A* oder kurz Sgr A* genannt wird, war jedoch schwer zu bestimmen. Die meisten Schätzungen gingen weit auseinander. Eine Gruppe von Astronomen unter der Leitung von Ruth Daly von der Penn State University hat nun ein Verfahren angewandt, das als „Ausströmungsmethode“ bezeichnet wird, um die Winkelgeschwindigkeit von Sgr A* zu bestimmen – das heißt, wie oft es sich pro Sekunde dreht.
Der Spin des schwarzen Lochs im Zentrum unserer Galaxie verformt die Raumzeit in eine ovale Form. (Bildnachweis: NASA/CXC/M. Weiss)
Die Ausflussmethode hat ihren Namen zu Recht – sie misst, wie Material von einem Schwarzen Loch wegfließt, was auf den ersten Blick kontraintuitiv erscheinen mag, da Schwarze Löcher eher dafür bekannt sind, Material anzusaugen. Ein Ausfluss aus einem Schwarzen Loch kann jedoch in Form eines magnetisch gebündelten Materiestrahls erfolgen, der reichlich Radiowellen aussendet. Gleichzeitig sind heiße Plasmabrocken (ionisiertes Gas), die in der Materiescheibe um ein Schwarzes Loch entstehen und dann wegdriften können, heiß genug, um Röntgenstrahlen auszustrahlen. Diese als Plasmoide bezeichneten Klumpen bilden sich effizienter, wenn ein Schwarzes Loch schnell rotiert, weil das daraus resultierende Abdriften das Magnetfeld des Schwarzen Lochs verstärkt und es wie einen Gürtel näher an die Peripherie des Schwarzen Lochs zieht. Dies schafft wiederum magnetisch intensive Bedingungen, die der Bildung von Plasmoiden förderlich sind.
Durch Rückgriff auf archivierte Beobachtungen von Sgr A*, die mit dem Karl G. Jansky Very Large Array von Radioteleskopen und dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA gemacht wurden, hat Dalys Team die Winkelgeschwindigkeit von Sgr A* mit 60 % des maximal möglichen Wertes gemessen, der durch die Lichtgeschwindigkeit definiert ist. Mit anderen Worten: Sgr A* dreht sich sehr schnell, schnell genug, um die Raumzeit in eine abgeflachte ovale Form zu verzerren.
„Unsere Arbeit kann dazu beitragen, die Frage zu klären, wie schnell sich das supermassive Schwarze Loch unserer Galaxie dreht“, so Daly in einer Erklärung. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich Sgr A* sehr schnell dreht, was interessant ist und weitreichende Auswirkungen hat.“
Ein Chandra-Röntgenbild des Zentrums unserer Galaxie, mit einem Pfeil, der auf die Position des supermassiven schwarzen Lochs Sgr A* zeigt. (Bildnachweis: NASA/CXC/University of Wisconsin/Y. Bai, et al.)
Diese Implikationen beziehen sich auf die vergangene und mögliche zukünftige Aktivität von Sgr A*. Je schneller ein Schwarzes Loch rotiert, desto stärker sind die kollimierten Strahlungsstrahlen, die es aussendet, wenn Teilchen aus der heißen Materiescheibe, die um das Schwarze Loch herumwirbelt, hochgefegt und ausgespuckt werden. Zurzeit ist Sgr A* kaum aktiv, aber der Einfall einer unglücklichen Gaswolke oder eines Sterns könnte seine Strahlen wieder auffüllen. Beweise dafür, dass dies in der Vergangenheit geschehen ist, liefern die so genannten Fermi-Blasen, zwei riesige Strukturen aus Gammastrahlen emittierender Materie, die sich über und unter der Ebene unserer Galaxie erstrecken, insgesamt 50.000 Lichtjahre umfassen und auf Sgr A* zentriert sind. Man geht davon aus, dass die Fermi Bubbles Überbleibsel von starken Jets sind, die einst aus dem Schwarzen Loch herausgeschossen wurden. Solche starken Jets können jedoch nur entstehen, wenn Sgr A* sich schnell dreht.
Strukturen wie die Fermi Bubbles sind in der Lage, Gas aus einer Galaxie auszugraben und wie ein Schneepflug durch sternbildendes Material zu fahren.
„Jets, die durch das sich drehende zentrale Schwarze Loch einer Galaxie angetrieben und kollimiert werden, können die Gasversorgung einer ganzen Galaxie tiefgreifend beeinflussen, was sich darauf auswirkt, wie schnell und sogar ob sich Sterne bilden können“, sagte Megan Donahue von der Michigan State University in derselben Presseerklärung. „Die Fermi-Bubbles, die in der Röntgen- und Gammastrahlung um das Schwarze Loch unserer Milchstraße zu sehen sind, zeigen, dass das Schwarze Loch in der Vergangenheit wahrscheinlich aktiv war. Die Messung des Spins unseres Schwarzen Lochs ist ein wichtiger Test für dieses Szenario.“
Die Ergebnisse wurden in der Ausgabe Jan. 2024 der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.
