Stark variable Röntgenstrahlung von Schwarzen Löchern - Rätsel oder natürliches Phänomen?

Forscher am Max-Planck-Institut für Astrophysik schlagen vor, dass die starke Variation der Röntgenstrahlung von Schwarzen Löchern mit schneller Akkretion in einem heißen, fast sphärischen Materiestrom zusammenhängt. Dieses Modell erklärt auf natürliche Weise den Zusammenhang zwischen der Veränderlichkeit und den Spektraleigenschaften dieser Objekte.

Schwarze Löcher sind 'schwarz', weil das Licht ihrer Schwerkraft nicht entkommen kann. Andererseits sind einige unter ihnen die hellsten Röntgenquellen im Himmel. Was in Wirklichkeit strahlt, ist der Materiefluß zum Schwarzen Loch. In der Nähe des Schwarzen Lochs wird der Fluß sehr heiß und emittiert deshalb im Röntgenbereich. Beobachtungen legen nahe, dass es gleichzeitig zwei verschiedene Materieströmungen um das Schwarze Loch gibt. Eine davon ist relativ kühl und ähnelt einer sehr dünnen Scheibe, während die andere viel heisser und beinahe kugelförmig ist. Diese zwei Materieströme sind für die zwei sehr unterschiedlichen Komponenten im Energiespektrum von Schwarzen Löchern verantwortlich (Abbildung 1). Die Eigenschaften der Variabilität der beiden Komponenten sind ebenfalls unterschiedlich - die kühlere Komponente ist sehr stabil, während die heissere Komponente in einem großen Bereich von Zeitskalen stark variiert (Abbildung 2). Der Grund für diese Variabilität ist ein Rätsel.

Forscher am Max-Planck-Institut für Astrophysik haben vorgeschlagen, dass die unterschiedliche Veränderlichkeit der Spektralkomponenten durch die innere Dynamik der Materieströme verursacht wird. Man glaubt, dass beide Strömungen turbulent sind mit ähnlichen charakteristischen Zeitskalen, die mit der Umdrehungsdauer bei einer bestimmten Entfernung vom Schwarzen Loch vergleichbar sind. Der Unterschied besteht in der Dynamik der radialen Bewegung. Die radiale Bewegung in der kühlen Strömung (dünnen Scheibe) ist extrem langsam, und dies verwischt effektiv jegliche Störung, die diese Strömung erfährt. Dagegen ist die radiale Bewegung der heißen Strömung um Größenordnungen schneller. Diese schnellere Strömung kann Störungen, die bei größeren Entfernungen vom Schwarzen Loch entstehen, in die innersten Regionen, in denen die meiste Röntgenstrahlung abgestrahlt wird, mitnehmen. Diese Annahme erlaubt, die Geometrie der Materieströmung in einem großen radialen Gebiet zu untersuchen, auch in Regionen, in denen keine Röntgenstrahlung emittiert wird. Das Modell erklärt auf natürliche Weise, wie die charakteristische Amplitude der Variabilität von den betrachteten Zeitskalen abhängt, und wie Veränderungen in der Geometrie des Materiestroms die beobachtete Variabilität beeinflussen (Abbildung 3 und Abbildung 4). Außerdem macht das Modell die Vorhersage, dass schnellere Störungen, die bei kleineren Abständen vom Schwarzen Loch auftreten werden, langsameren Störungen, die bei größeren Entfernungen erzeugt werden, überlagert werden sollten. Auf diese Weise 'weiß' die Amplitude der schnellsten Veränderungen von langsameren Veränderungen im Röntgenfluß -- was in ausgezeichneter übereinstimmung mit Beobachtungen ist.

E. Churazov, M. Gilfanov, M. Revnivtsev