Schwarze Löcher emittieren kein Licht, was ihre Untersuchung erschwert. Glücklicherweise sind viele Schwarze Löcher laute Fresser. Da sie nahegelegene Materie verbrauchen, wird das umgebende Material überhitzt. Dadurch kann das Material intensiv leuchten oder als relativistische Jets vom Schwarzen Loch weggeschleudert werden. Indem wir das Licht dieses Materials untersuchen, können wir Schwarze Löcher untersuchen. Und wie eine aktuelle Studie zeigt, können wir sogar ihre Größe bestimmen.
Aktive supermassereiche Schwarze Löcher, auch bekannt als aktive galaktische Kerne (AGN). Leuchten Sie nicht einfach mit konstanter Helligkeit. Ihre Leuchtkraft kann sich im Laufe der Zeit leicht ändern. Die Zeitskala dieses Flackerns kann zwischen Stunden und Jahren liegen. Frühe Studien haben argumentiert, dass dies mit der Größe des Schwarzen Lochs zusammenhängen könnte, aber der Zusammenhang ist nicht immer klar.
Künstlerische Darstellung eines Staubtorus, der ein Schwarzes Loch umgibt. Bild: ESA, V. Beckmann (GSFC)
Die Grundidee ist, dass das Flackern durch eine Akkretionsscheibe um ein Schwarzes Loch herum verursacht wird. Die Scheibe kann Lichtstunden oder Lichttage lang sein. Da die Lichtgeschwindigkeit die maximale kosmische Geschwindigkeitsbegrenzung ist, bedeutet dies, dass die Gesamtänderungen der Scheibe mindestens Stunden oder Tage dauern werden. Dies funktioniert ziemlich gut, um Ihnen die maximale Größe eines Schwarzen Lochs zu sagen. Zum Beispiel sagt uns das schnelle Flackern von Quasaren, dass sie muss von Schwarzen Löchern angetrieben werden und nicht von einem galaxienübergreifenden Effekt. Dies bedeutet jedoch nicht, dass AGNs, die auf einer Zeitskala von zehn Jahren flackern, einen Durchmesser von zehn Lichtjahren haben. Die Lichtgeschwindigkeit ist nur eine Obergrenze, und die meisten Effekte breiten sich viel langsamer aus.
In dieser neuen Studie untersuchte das Team nicht eine einfache Flimmerrate, sondern die Verteilung der Flimmerraten, die als Power Spectrum Density (PSD) bekannt ist. Sie fanden heraus, dass die Skala, in der die PSD abflacht, mit der Größe des Schwarzen Lochs korreliert. Ein bestimmtes Schwarzes Loch kann schnellere oder langsamere Flimmerraten aufweisen, aber die Gesamtverteilung des Flimmerns hängt von der Masse des Schwarzen Lochs ab. Dies ist ein viel zuverlässigeres Maß für die Größe.
Interessanterweise wendete das Team seine Methode auch auf Weiße Zwerge an. Diese planetengroßen Sonnenmassensterne kann auch Akkretionsscheiben haben, und das Team stellte fest, dass ihr Modell auch auf diese Akkretionsscheiben anwendbar war. Dies legt nahe, dass das Modell etwas Grundlegendes über Akkretionsscheiben beschreibt, nicht einfach nur Schwarze Löcher. Aus diesem Grund könnte die Methode angewendet werden, um schwer fassbare Schwarze Löcher mittlerer Masse (IMBHs) zu untersuchen.
Schwarze Löcher mittlerer Masse sind die am wenigsten verstandenen Arten von Schwarzen Löchern. Sie haben Massen von etwa 1.000 bis 100.000 Sonnen und sind typischerweise in dichten Kugelsternhaufen zu finden. Wenn das Vera-Rubin-Observatorium online geht, könnte seine Himmelsdurchmusterung es uns ermöglichen, das Flackern von Schwarzen Löchern mittlerer Masse zu untersuchen, und diese Methode könnte uns die Massenverteilung von IMBHs aufzeigen.
Es gibt immer noch Aspekte der Beziehung, die das Team nicht vollständig versteht. Weitere Studien werden untersuchen, wie sich die Rotation eines Schwarzen Lochs oder das Magnetfeld der Akkretionsscheibe auf die Beziehung auswirken könnten. Aber bereits das Tool kann eine gute Schätzung der Größe des Schwarzen Lochs liefern. Zumindest, wenn sie große Esser sind.
Referenz:Burke, Colin J., et al. “ Eine charakteristische Zeitskala der optischen Variabilität in astrophysikalischen Akkretionsscheiben . 'Wissenschaft373,6556 (2021): 789-792.