Ein Modell für die Strahlung Schwarzer Löcher

Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Röntgenbild zweier ultraleuchtkräftiger Röntgenquellen (ultraluminous X-ray sources = ULXs) in der Andromeda-Galaxie. Neue Berechnungen bestätigen, daß ULXs für gewöhnlich Schwarze Löcher mit stellarer Masse sind, die schnell Material akkretieren und Strahlung in Form eines eng fokussierten Strahls abgeben. NASA / Swift / Stefan Immler

Ultraleuchtkräftige Röntgenquellen (ultraluminous X-ray sources = ULXs) sind extrem leuchtkräftige, kompakte Röntgenquellen, die man in einigen benachbarten Spiralgalaxien findet. Die Natur dieser rätselhaften Quellen ist kaum verstanden, man hält sie aber für Schwarze Löcher von ungefähr zehn Sonnenmassen, die Material akkretieren und sich in Größe und Wesen von den supermassereichen Schwarzen Löchern in den Kernen von Galaxien, die auch hell Röntgenstrahlung abgeben, unterscheiden. In der Klasse der ULXs scheinen verschiedene physikalische Varianten aufzutreten: eine Untergruppe zeigt zusammenhängendes Pulsieren und soll eher aus Neutronensternen denn aus Schwarzen Löchern bestehen, während ULXs einer anderen Untergruppe massereicher als ein Stern sein könnten. Es könnte sogar möglich sein, daß eine einzelne Art mit der Zeit ihren Strahlungscharakter zwischen den bekannten, verschieden aufgebauten Klassen ändert.

Astronomen, die versuchen, ULXs zu modellieren, begegnen mehreren Herausforderungen. Das starke Gravitationsfeld bedeutet, daß die Berechnungen vollständig im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie durchgeführt werden müssen und die Beobachtungen weisen darüber hinaus darauf hin, daß die Strahlung nicht kugelförmig, sondern vielmehr stark gebündelt ist. Nicht zuletzt werden starke Magnetfelder erwartet und müssen in die Simulationen einbezogen werden. CfA-Astronom Ramesh Narayan und seine beiden Kollegen Aleksander Sadowski sowie Roberto Soria setzten ihre neuen Computerprogramme ein, um die Eigenschaften der Strahlung und das räumliche Erscheinungsbild von ULXs zu berechnen – unter Beachtung der durch Relativitätstheorie, Magnetfelder, Bündelung der Strahlung und sich ändernde Akkretionsraten auftretenden Komplikationen. Ihre Ergebnisse stehen in guter Übereinstimmung mit früheren, weniger anspruchsvollen Berechnungen. Die Gruppe folgert, daß die beobachteten großen Leuchtkräfte zum Teil durch Bündelung der Strahlung wegen der Geometrie des Systems verursacht sind. Dies wirf die Frage auf, der in weiteren Untersuchungen nachgegangen wird, ob die beobachtete Population an ULXs nur die Spitze des Eisbergs ist, mit vielen weiteren ULXs, bei denen der gebündelte Lichtstrahl nicht auf unsere Sichtlinie ausgerichtet ist und wenn dem so sein sollte – woher kommt diese große Population.

Literatur:

“Spectra of Black Hole Accretion Models of Ultra-Luminous X-ray Sources”

Ramesh Narayan, Aleksander Sadowski, Roberto Soria

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 469, 2997–3014 (2017)