Gequetschte Sterne nahe Schwarzen Löchern

9. Mai 2008:

Das Spiel mit Schwarzen Löchern ist ein riskantes Geschäft, speziell für einen Stern, der das Pech hat um eines zu kreisen. Wenn man einmal annimmt, dass ein Stern nicht bereits all seinen Wasserstoff und andere Komponenten verloren hat, spielen die Gravitationskräfte dem Stern übel mit. Zuerst wird der Stern aus der Form gestreckt, um danach flachgedrückt zu werden wie eine Flunder. Dies drückt den Stern so zusammen, dass heftige, interne nukleare Explosionen daraus resultieren, und sich Schockwellen durch das gepeinigte Plasma kräuseln. Dies verursacht eine neue Art von Röntgenausbrüchen, welche die Kräfte, die in der Umgebung eines Schwarzen Lochs auf seine Begleiter wirken, verdeutlichen. Das hört sich schmerzhalft an...

Rechts: Jets die aus einem Schwarzen Loch austreten.

Es ist faszinierend zu versuchen, die Dynamik in der Nähe eines Schwarzen Lochs zu verstehen, speziell wenn ihm ein Stern zu nahe kommt. Kürzlich vorgenommene Beobachtungen einer entfernten Galaxie deuten darauf hin, dass Material welches von einem Stern in der Nähe des Kerns der Galaxie angezogen wurde, einen gewaltigen Röntgen-Flare verursachte, dessen Echos im umgebenen, molekularen Torus beobachtet werden konnten. Dass einfallende stellare Gas wurde in die Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs hineingezogen, und erzeugte dabei eine riesige Menge Energie in Form eines Flares. Ob der Stern bei seiner tödlichen Spirale in das Schwarze Loch ganz blieb, ist unbekannt. Wissenschaftler arbeiten jedoch an einem neuen Modell eines Sterns, der ein Schwarzes Loch umkreist und einige Millionen Sonnenmassen hat (angenommen der Stern kann seine Masse so lange zusammenhalten).

Matthieu Brassart und Jean-Pierre Luminet vom Observatoire de Paris-Meudon, Frankreich, untersuchen den Einfluss des Gezeiten-Radius auf den Stern, der nah um ein Schwarzes Loch kreist.  Der Gezeiten-Radius eines Schwarzen Lochs ist die Entfernung, bei der die Anziehungskraft auf den Vorderteil des Sterns wesentlich größer ist als auf seinen hinteren Teil. Dieser Unterschied führt dazu, dass der Stern unvorstellbar gestreckt wird. Was als nächstes passiert ist ein wenig seltsam. Innerhalb von Stunden schwingt der Stern um das Schwarze Loch herum, durch seinen Gezeiten-Radius, und tritt an dessen anderem Ende wieder aus ihm heraus. Laut den Wissenschaftlern ist der heraustretende Stern nicht mehr der gleiche wie vorher. Die Verformung des Sterns wird in einem Diagramm beschrieben:

(a)-(d): Die Gezeitenkräfte sind schwach und der Stern bleibt praktisch rund.

• (e)-(g): Der Stern fällt in den Gezeiten-Radius hinein. An diesem Punkt ist seine Zerstörung eine beschlossene Sache. Seine Form verändert sich, zuerst wird er "Zigarrenförmig", wird dann in eine Pfannkuchen-form gequetscht, wenn die Gezeitenkräfte ihn in seiner Umlaufbahn flach drücken. Während dieser "Quetsch-Phase" wurden detaillierte Simulationen der Hydrodynamik der Schockwellen Bewegung durchgeführt.
  
  
• (h): Nachdem er um den Punkt der größten Annäherung (Perihelion) hindurch geflogen ist, prallt der Stern zurück, verlässt den Gezeiten-Radius und beginnt sich auszudehnen. Während er sich vom Schwarzen Loch entfernt, zerbricht er in Gaswolken. 

Man nimmt an, dass während der Stern in der "Quetsch-Phase" um das Schwarze Loch gezerrt wird, der Druck so hoch wird, dass starke nukleare Reaktionen auftreten, und der Stern dadurch erhitzt wird. Die Ergebnisse deuten auch auf gewaltige Schockwellen hin, die durch das heiße Plasma rasen. Diese Schockwellen wären stark genug um einen kurzen (<0,1 Sekunde) Hitzeausbruch (>10⁹ Kelvin) hervorzurufen, der sich zur Oberfläche des Sterns bewegt und möglicherweise einen großen Röntgen-Flare oder Gammastrahlen-Ausbruch produziert. Aufgrund der großen Erhitzung könnte es sein, dass das meiste Material des Sterns der Anziehungskraft des Schwarzen Lochs entgeht. Der Stern wird jedoch nie wieder der alte sein. Er wird zu enormen Wolken turbulenten Gases umgewandelt.

Brassart und Luminet schätzen, dass es vielleicht 0,00001 Ereignisse pro Galaxie gibt, und auch wenn das sehr wenig scheint, könnten zukünftige Beobachtungen, wie etwa mit dem Large Synoptic Survey Teleskop (LSST), diese Explosionen entdecken. Da das Universum für harte Röntgen- und Gammastrahlung transparent ist, sieht man vielleicht sogar mehrere davon pro Jahr.