Universelles Gesetz für kosmischen Materiezustrom

Viele kosmische Objekte wachsen durch den Zustrom von Materie – ob entstehende Sterne, Weiße Zwerge oder Schwarze Löcher aller Größen. Dabei laufen offenbar ganz unabhängig von der Art und der Masse des zentralen Objekts ganz identische Prozesse ab, die sich mit einem einheitlichen Gesetz beschreiben lassen. Das zeigt die Auswertung von Helligkeitsschwankungen solcher Objekte durch ein internationales Forscherteam. Der entscheidende Parameter für den Prozess ist dabei nicht, wie bislang angenommen, die Masse des zentralen Objekts, sondern die Größe der inneren Scheibe, in der sich die zuströmende Materie ansammelt, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Science Advances“.

In der Mitte ein heller Stern, um den Stern herum eine dünne Scheibe aus leuchtender Materie mit filamentartigen Strukturen.
Akkretionsscheibe um entstehenden Stern

„Da die von außen auf ein Objekt zuströmende Materie nahezu immer Drehmoment besitzt, bildet sich eine rotierende Scheibe, in der die Materie langsam nach innen transportiert wird“, sagen Simone Scaringi vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und seine Kollegen. Die Forscher sprechen von einer „Akkretionsscheibe“, wobei Akkretion der Fachbegriff für die Sammlung von Materie ist. „Da wir die physikalischen Prozesse, die dabei ablaufen, noch nicht vollständig verstehen, war bislang nicht klar, ob diese Prozesse bei den ganz unterschiedlichen Objekten in gleicher Weise verlaufen.“

Bei der Akkretion erhitzt sich die Materie und sendet Strahlung aus. Wichtige Hinweise auf die ablaufenden Vorgänge erhalten die Astrophysiker dabei aus Variationen der Helligkeit der Akkretionsscheibe. Beobachtungen dieser Helligkeitsschwankungen zeigten bereits in der Vergangenheit, dass die Akkretionsprozesse bei stellaren Schwarzen Löchern – also den Überresten massereicher Sterne – verkleinerte Versionen der Prozesse bei den supermassereichen Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien sind. „Wenn die Physik der Akkretion aber so universell ist, dann sollte sie auch für andere Materie sammelnde Objekte gelten“, so die Überlegung von Scaringi und seinen Kollegen.

Das Team hat deshalb gezielt in den Daten des Weltraum-Observatoriums Kepler nach jungen Sternen in ihrer Entstehungsphase, sowie Materie sammelnden Weißen Zwergen gesucht, deren Variabilität analysiert und mit der Variabilität Schwarzer Löcher verglichen. Es zeigte sich, dass für alle Objekte ein einheitlicher Zusammenhang zwischen der Leuchtkraft der Scheibe und der mittleren Amplitude ihrer Variabilität gilt. Überraschend für die Forscher war dabei, dass der entscheidende Parameter für den Prozess nicht – wie bislang angenommen – die Masse des Himmelskörpers ist, sondern die Größe der inneren Akkretionsscheibe. Was das konkret für die physikalischen Modelle der Akkretion bedeutet, ist noch nicht klar. Scaringi und seine Kollegen sind sich aber sicher, dass die neue Analyse eine solide Basis für die Entwicklung eines universellen physikalischen Modells für astrophysikalische Akkretionsprozesse liefere.