Woche der Schwarzen Löcher 2: Akkretion

Cartoon-Charaktere, ein gewisser Retro-Look und gewichtige Astrophysik: Das ist die Black Hole Week, die “Woche der Schwarzen Löcher” vom 12. bis zum 16. April. Ich greife hier bei Relativ Einfach einige Aspekte davon auf. Heute: Akkretion, oder warum Schwarze Löcher für einige der hellsten Leuchterscheinungen im Universum verantwortlich sind!

[Die Woche der Schwarzen Löcher hier auf Relativ Einfach: 1 Sicherheitshinweise, 2 Akkretion, 3 Schattenrisse, 4 Wellenschlag, 5 Wissenslücken]

Schwarz und doch für Leuchterscheinungen verantwortlich

Hat man sich einmal mit den Grundlagen beschäftigt und mitbekommen, welche Arten von Schwarzen Löchern es gibt, stößt man früher oder später auf den folgenden scheinbaren Widerspruch: Schwarze Löcher sind verantwortlich für einige der hellsten Leuchterscheinungen im Kosmos!

Schwarzes Loch mit Akkretionsscheibe
Bild: NASA

Das klingt auf den ersten Blick sonderbar. Schwarze Löcher sind ja nun einmal per Definition Raumregionen, aus denen kein Licht entkommen kann. Dieser Definition nach kann das Schwarze Loch nicht selbst leuchten. Die Lösung heißt Akkretion: Wenn Materie auf einen massereichen Körper zu fällt, wird die Materie beim Fallen stärker und stärker beschleunigt. In der Sprache der Physik wird dabei potenzielle Energie in Bewegungsenergie der Materie umgesetzt.

Aber auch ohne diese Fachbegriffe sieht man: Was auf eine Masse zu fällt, gewinnt dabei beträchtlich an Schwung. Je kompakter eine Masse, umso größer ist der Schwung, den fallende Materie erreichen kann, bevor die Oberfläche (im Falle eines Schwarzen Lochs: der Ereignishorizont) erreicht ist. “Kompaktheit” ist dabei das Verhältnis von der Masse zum Durchmesser eines Objekts. Und Schwarze Löcher sind die kompaktesten Objekte, die es in der Astrophysik gibt. Materie, die bis in die nächste Nähe eines Schwarzen Loches fällt, bekommt also soviel Schwung, wie sich durch eine Masse überhaupt erzeugen lässt.

An der Stelle wird wichtig, dass Schwarze Löcher eben keine kosmischen Staubsauger sind, sondern dass in ihrer Nähe die sogenannte Drehimpulserhaltung gilt. Materie kann nicht einfach die Richtung soweit ändern, dass sie auf alle Fälle in das Schwarze Loch hineinfällt. Stattdessen ist es alles andere als einfach, Materie direkt in ein Schwarzes Loch fallen zu lassen; dazu müsste man schon sehr genau zielen! In der Praxis sammelt sich solche Materie erst einmal in der unmittelbaren Umgebung eines Schwarzen Lochs in einer Scheibe, bevor vom inneren Scheibenrand nach und nach Materie in das Schwarze Loch fällt. Durch die mit großem Schwunng einfallende weitere Materie wird solch eine Akkretionsscheibe extrem aufgeheizt. Das ist der Umweg, auf dem Schwarze Löcher für einige der hellsten Erscheinungen im Universum verantwortlich sind: extrem heiße und helle Akkretionsscheiben.

Akkretion bei FasziAstroOnline

In unserer Online-Vortragsreihe Faszination Astronomie Online hatten wir kürzlich gleich zwei Vorträge, die sich mit Akkretion beschäftigen. In diesem Vortrag von Klaus Reinsch von der Universität Göttingen geht es um das Phänomen Akkretion ganz allgemein – Akkretion tritt ja nicht nur bei Schwarzen Löchern auf, sondern z.B. auch bei der Sternentstehung:

Eva Hackmann von der Universität Bremen hat sich in ihrem Vortrag direkt mit Schwarzen Löchern und deren Akkretionsscheiben befasst:

…und auf diese Weise (wenn auch noch mit einigen Verästelungen, die meine kurze Textversion nicht berücksichtigt) sind Schwarze Löcher in der Tat für einige der hellsten Leuchten im Kosmos verantwortlich. Bleibt noch die Frage: Warum sehen die Cartoon-Schwarzen-Löcher der NASA trotzdem nicht so richtig glücklich aus?

Dieses Schwarze Loch hat keine Akkretionsscheibe, aber rollt mit den Augen.
Bild: NASA

Markus Pössel hatte bereits während des Physikstudiums an der Universität Hamburg gemerkt: Die Herausforderung, physikalische Themen so aufzuarbeiten und darzustellen, dass sie auch für Nichtphysiker verständlich werden, war für ihn mindestens ebenso interessant wie die eigentliche Forschungsarbeit. Nach seiner Promotion am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Potsdam blieb er dem Institut als "Outreach scientist" erhalten, war während des Einsteinjahres 2005 an verschiedenen Ausstellungsprojekten beteiligt und schuf das Webportal Einstein Online. Ende 2007 wechselte er für ein Jahr zum World Science Festival in New York. Seit Anfang 2009 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, wo er das Haus der Astronomie leitet, ein Zentrum für astronomische Öffentlichkeits- und Bildungsarbeit. Pössel bloggt, ist Autor/Koautor mehrerer Bücher, und schreibt regelmäßig für die Zeitschrift Sterne und Weltraum.

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