Supermassives Schwarzes Loch

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May 18, 2022

Ein supermassereiches Schwarzes Loch (SMBH oder manchmal SBH) ist die größte Art von Schwarzen Löchern, mit einer Masse in der Größenordnung von Millionen bis Milliarden Sonnenmassen (M☉). Schwarze Löcher sind eine Klasse von astronomischen Objekten, die einem Gravitationskollaps unterzogen wurden und kugelförmige Regionen des Weltraums hinterlassen haben, aus denen nichts entweichen kann, nicht einmal Licht. Beobachtungen deuten darauf hin, dass fast jede große Galaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch in ihrem Zentrum hat. Zum Beispiel hat die Milchstraße in ihrem galaktischen Zentrum ein supermassereiches Schwarzes Loch, das der Radioquelle Sagittarius A* entspricht. Die Akkretion von interstellarem Gas auf supermassereichen Schwarzen Löchern ist der Prozess, der für die Energieversorgung aktiver galaktischer Kerne und Quasare verantwortlich ist. Zwei supermassereiche Schwarze Löcher wurden direkt vom Event Horizon Telescope abgebildet: das Schwarze Loch in der riesigen elliptischen Galaxie Messier 87 und das Schwarze Loch am Das Zentrum der Milchstraße.

Beschreibung

Supermassereiche Schwarze Löcher werden klassisch als Schwarze Löcher mit einer Masse über 0,1 Millionen bis 1 Million M☉ definiert. Einige Astronomen haben damit begonnen, Schwarze Löcher von mindestens 10 Milliarden M☉ als ultramassereiche Schwarze Löcher zu bezeichnen. Die meisten davon (wie TON 618) sind mit außergewöhnlich energiereichen Quasaren assoziiert. Noch größere wurden als erstaunlich große Schwarze Löcher (SLAB) mit Massen von mehr als 100 Milliarden M☉ bezeichnet. Obwohl sie feststellten, dass es derzeit keine Beweise dafür gibt, dass erstaunlich große Schwarze Löcher real sind, stellten sie fest, dass supermassereiche Schwarze Löcher von fast dieser Größe existieren. Einige Studien haben gezeigt, dass die maximale Masse, die ein Schwarzes Loch erreichen kann, obwohl es leuchtende Akkretoren ist, in der Größenordnung von etwa 50 Milliarden M☉ liegt. Supermassereiche Schwarze Löcher haben physikalische Eigenschaften, die sie deutlich von Klassifikationen mit geringerer Masse unterscheiden. Erstens sind die Gezeitenkräfte in der Nähe des Ereignishorizonts für supermassereiche Schwarze Löcher deutlich schwächer. Die Gezeitenkraft auf einen Körper am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Masse des Schwarzen Lochs: Eine Person am Ereignishorizont eines 10 Millionen M☉ Schwarzen Lochs erfährt etwa die gleiche Gezeitenkraft zwischen Kopf und Füßen wie ein Mensch auf der Erdoberfläche. Anders als bei Schwarzen Löchern mit stellarer Masse würde man erst sehr tief im Schwarzen Loch eine signifikante Gezeitenkraft erfahren. Darüber hinaus ist es etwas kontraintuitiv zu bemerken, dass die durchschnittliche Dichte eines SMBH innerhalb seines Ereignishorizonts (definiert als die Masse des Schwarzen Lochs dividiert durch das Raumvolumen innerhalb seines Schwarzschild-Radius) geringer sein kann als die Dichte von Wasser. Dies liegt daran, dass der Schwarzschild-Radius direkt proportional zu seiner Masse ist. Da das Volumen eines kugelförmigen Objekts (z. B. des Ereignishorizonts eines nicht rotierenden Schwarzen Lochs) direkt proportional zur dritten Potenz des Radius ist, ist die Dichte eines Schwarzen Lochs umgekehrt proportional zum Quadrat der Masse und damit höher Masse Schwarze Löcher haben eine geringere durchschnittliche Dichte. Der Schwarzschild-Radius des Ereignishorizonts eines (nicht rotierenden) supermassiven Schwarzen Lochs von ~1 Milliarde M☉ ist vergleichbar mit der großen Halbachse der Umlaufbahn des Planeten Uranus, die 19 beträgt AU.

Forschungsgeschichte

Die Geschichte, wie supermassereiche Schwarze Löcher gefunden wurden, begann mit der Untersuchung der Radioquelle 3C 273 durch Maarten Schmidt im Jahr 1963. Anfangs wurde dies für einen Stern gehalten, aber das Spektrum erwies sich als rätselhaft. Es wurde festgestellt, dass es sich um rotverschobene Wasserstoffemissionslinien handelte, die darauf hindeuteten, dass sich das Objekt von der Erde entfernte. Das Gesetz von Hubble zeigte, dass sich das Objekt mehrere Milliarden Lichtjahre entfernt befand und daher das Energieäquivalent von Hunderten von Galaxien aussenden musste. Die Rate der Lichtvariationen der Quelle, die als quasi-stellares Objekt oder Quasar bezeichnet wird, deutete darauf hin, dass die emittierende Region einen Durchmesser von einem Parsec oder weniger hatte. Bis 1964 waren vier solcher Quellen identifiziert worden