Als „Interstellar“ vor fünf Jahren im November 2014 in die Kinos kam, wurde Christopher Nolans Vision der Raumfahrt von dem mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Physiker Kip Thorne eingehend geprüft. Das Ergebnis ist ein Erfolg, der filmisches Spektakel mit strenger Astrophysik in Einklang bringt. Natürlich erfordert es kreative Freiheit. Wie der Physiker Jean-Pierre Luminet in seinem Futura-Blog schnell verriet, ist die Darstellung des supermassereichen Schwarzen Lochs Gargantua optisch beeindruckend, aber physikalisch irreführend. Aber unter der Hollywood-Aura macht dieser Film vieles richtig. Orbitalmechanik? Solide. Zeitdilatation in der Nähe der Schwerkraft? Genau. Die Wissenschaft ist immer noch gültig, auch wenn die Optik etwas zu hübsch ist.
Jetzt, da das Event Horizon-Teleskop damit beginnt, echte Bilder dieser Weltraummonster zu machen, verleiht eine neue Studie aus Japan Nolans fiktiver Welt unerwartete Glaubwürdigkeit. Die Forscher, die ihre Ergebnisse im Astrophysical Journal und arXiv veröffentlicht haben, sehen in Schwarzen Löchern mehr als nur Friedhöfe. Sie glauben, dass sich um sie herum tatsächlich Planeten bilden können.
Dies hat nichts mit der Quasarumgebung zu tun, wo die Strahlungswerte die Atmosphäre sofort zerstören. Das neue Papier konzentriert sich auf aktive galaktische Kerne (AGN) mit geringer Leuchtkraft. Dies sind die stillen Verwandten der Quasare. In diesem Bereich legt die Mathematik etwas Seltsames nahe. Akkretionsscheiben um Schwarze Löcher könnten brauchbare Brutstätten für Exoplaneten sein.
Wie entstehen Planeten um Schwarze Löcher?
Diese Annahme klingt wie Science-Fiction, weil sie es auch ist. Seit Jahrzehnten geht das Standardmodell davon aus, dass extreme Gezeitenkräfte und Strahlung in der Nähe eines Schwarzen Lochs Planeten auseinanderreißen würden, bevor sie sich bilden. Die Umgebung wird eher als feindselig denn als förderlich für die Strukturbildung angesehen.
Die Analyse des japanischen Teams hat diese Ansicht jedoch geändert. Sie untersuchen die Dynamik des rotierenden Rings aus Gas und Staub, der das Schwarze Loch speist. Die Bedingungen können stark variieren. Wenn das zentrale Schwarze Loch Teil eines aktiven galaktischen Kerns (AGN) mit geringer Leuchtkraft ist, sind bestimmte Bereiche der Scheibe kühler und dichter. Durch diese Abkühlung verkleben die Staubpartikel. Sie vereinigen sich, wachsen und bilden schließlich ein Planetesimal.
Untersuchungen haben gezeigt, dass die chaotische Umgebung der Akkretionsscheibe unter den richtigen Bedingungen stabil genug sein kann, um die Planetenbildung zu ermöglichen.
Dabei handelt es sich nicht nur um eine theoretische Handbewegung. In diesem Artikel werden die physikalischen Mechanismen erörtert, durch die Festkörper solchen extremen Gravitationsgradienten standhalten. Der Schlüssel liegt im Gleichgewicht zwischen der Schwerkraft des Schwarzen Lochs und dem Eigendrehimpuls der Scheibe. Wenn die Scheibe groß genug ist und das Schwarze Loch nicht aktiv mit maximaler Kapazität arbeitet, könnte sich die äußere Region eher wie eine protoplanetare Scheibe um einen jungen Stern verhalten als wie eine Todesspirale, die in eine Singularität eintritt.
Warum dies bei der Suche nach Exoplaneten wichtig ist
Wenn dies zutrifft, würde dies die Suche nach Leben außerhalb unseres Sonnensystems grundlegend verändern. Wir haben Jahre damit verbracht, die Sterne nach bewohnbaren Zonen abzusuchen. Wir ignorieren das Zentrum der Galaxie als zu gewalttätig, um Leben zu ermöglichen. Wenn sich aber in weniger aktiven Galaxien Planeten um Schwarze Löcher bilden können, suchen wir möglicherweise am falschen Ort.
Die Auswirkungen sind schockierend. Planeten, die Schwarze Löcher umkreisen, empfangen kein Licht von Sternen. Seine Hauptwärmequelle ist
Japanische Wissenschaftler zerstören Orte, an denen Leben existieren könnte. Normalerweise stellen wir uns Schwarze Löcher als kosmisches Vakuum vor, eine zerstörerische Kraft, die alles in der Nähe verschluckt. Ein neues theoretisches Modell legt jedoch nahe, dass das Material, das sich um supermassereiche Schwarze Löcher ansammelt, tatsächlich eine Doppelstruktur bildet. Es ist nicht nur leerer Raum.
Erstens gibt es direkt hinter dem Ereignishorizont eine Akkretionsscheibe. Dabei handelt es sich um einen Ring aus überhitztem Material, der ein Schwarzes Loch, genauer gesagt ein Kerr-Schwarzes Loch, umkreist. Es ist unglaublich heiß. Aber schauen Sie weiter. Hinter diesem feurigen Ring liegt ein staubiger Torus. Dieser dicke Staubtorus blockiert die intensive Strahlung aus dem Zentrum.
Dieser Torus erstreckt sich über etwa 0,3 bis 30 Lichtjahre. Die Temperatur sinkt hier deutlich. Es kühlt so weit ab, dass eine geschichtete Struktur entsteht. Im Grunde ergibt sich ein Aufbau, der einer protoplanetaren Scheibe um einen jungen Stern sehr ähnlich ist.
Die Schneegrenze um ein Schwarzes Loch
Astrophysiker haben berechnet, dass in diesen Scheiben dieselben Prozesse ablaufen müssen, die unser Sonnensystem aufgebaut haben. Staubkörner verklumpen. sie wachsen. Sie werden schließlich zu Planeten. Die Zeitleiste? Mehrere hundert Millionen Jahre.
Dies ist ein wichtiges Detail. Die Temperatur des Staubtorus liegt etwa drei Lichtjahre vom supermassiven Schwarzen Loch entfernt und ist niedrig genug, um etwas Bestimmtes auszulösen. Es beginnt sich die berühmte Schneegrenze bzw. der Frost zu bilden.
Unsere Berechnungen zeigen, dass sich innerhalb von 10 Lichtjahren Zehntausende Planeten bilden können, von denen jeder eine Masse hat, die dem Zehnfachen der Masse der Erde entspricht … Um Schwarze Löcher könnte es Planetensysteme von unglaublichem Ausmaß geben.
– Eiichiro Kokubo, Professor, Nationales Astronomisches Observatorium Japans
In unserem Sonnensystem gefriert an dieser Linie Wasser und andere flüchtige Stoffe zu festen Eispartikeln. Notwendig für die Entstehung von Riesenplaneten. Jetzt können sich Eispartikel auf genau die gleiche Weise um Schwarze Löcher herum bilden.
Starke Systeme in Gewaltgebieten
Dies ist nicht nur die Vermutung einer Person. Eiichiro Kokubo, einer der Autoren dieser theoretischen Entdeckung, weist auf das schiere Ausmaß hin. Wir sprechen hier nicht von ein paar Schurkenfelsen. Wir betrachten Zehntausende Planeten. Jeder kann das Zehnfache der Masse der Erde haben. Sie könnten bis zu 10 Lichtjahre vom zentralen Monster entfernt entstehen.
Die Auswirkungen sind atemberaubend. Es könnte Planetensysteme um Schwarze Löcher in einem Ausmaß geben, das wir uns nie hätten vorstellen können.
Sean Raymond, ein Astronom und Experte für Planetenentstehung am Bordeaux-Observatorium, bestätigte dies vor etwa einem Jahr. Er fand theoretisch heraus, dass es um ein supermassereiches Schwarzes Loch eine seltsame und stabile Exoplanetenstruktur geben könnte.
Stabil. An einem Ort, an dem die Gezeitenkräfte alles auseinanderreißen müssten.
In der Nähe des Ereignishorizonts wird die Physik chaotisch. Strahlung sollte Atmosphären zerstören. Die Schwerkraft sollte die Umlaufbahnen auseinanderreißen. Die Mathematik legt jedoch etwas anderes nahe. Der Staubtorus fungiert als Schutzschild. Die Kühlung ermöglicht Kondensation. Das Eis wächst. Planetenentstehung.
Warum ist das wichtig? Es ändert die Definition der bewohnbaren Fläche. Wir suchen seit Jahrzehnten nach erdähnlichen Planeten um einen ruhigen gelben Stern. Scannen Sie den Goldlöckchen-Bereich. Aber wenn sich Planeten bilden und im Schatten eines supermassereichen Schwarzen Lochs bleiben können, sind wir an der falschen Stelle. oder
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