Bildveröffentlichung / Chandra: Röntgenquellen in der Starburst-Galaxie IC 10

Röntgenquellen in der Starburst-Galaxie IC 10, basierend auf Daten des Weltraumteleskops Chandra und einer Aufnahme vom Heavens Mirror Observatory. (Credit: X-ray: NASA / CXC / UMass Lowell / S.Laycock et al.; Optical: Bill Snyder Astrophotography)
Röntgenquellen in der Starburst-Galaxie IC 10, basierend auf Daten des Weltraumteleskops Chandra und einer Aufnahme vom Heavens Mirror Observatory. (Credit: X-ray: NASA / CXC / UMass Lowell / S.Laycock et al.; Optical: Bill Snyder Astrophotography)

Im Jahr 1887 entdeckte der amerikanische Astronom Lewis Swift eine leuchtende Wolke beziehungsweise einen Nebel, der sich als kleine Galaxie in rund 2,2 Millionen Lichtjahren Entfernung herausstellte. Heute ist sie als die "Starburst"-Galaxie IC 10 bekannt, was sich auf die dortige intensive Sternentstehungsaktivität bezieht.

Mehr als Hundert Jahre nach Swifts Entdeckung untersuchen Astronomen IC 10 mit den leistungsfähigsten Teleskopen des 21. Jahrhunderts. Neue Beobachtungen mit dem Chandra X-ray Observatory der NASA offenbaren viele Sternpaare, die eines Tages möglicherweise Quellen für das vielleicht spannendste kosmische Phänomen werden könnten, das in den letzten Jahren beobachtet wurde: Gravitationswellen.

Durch die Analyse von Chandra-Beobachtungen der Galaxie IC 10, die ein Jahrzehnt umfassen, fanden Astronomen über ein Dutzend Schwarzer Löcher und Neutronensterne, die Gas von jungen, massereichen Begleitsternen abziehen. Solche Doppelsternsysteme werden als Röntgendoppelsterne bezeichnet, weil sie große Mengen Röntgenlicht emittieren. Während ein massereicher Stern seinen kompakten Partner (entweder ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern) umkreist, kann Materie von dem Riesenstern abgezogen werden, die eine Materiescheibe um das kompakte Objekt bildet. Reibungskräfte heizen die einfallende Materie auf Millionen Grad auf und erzeugen eine helle Röntgenquelle.

Wenn der massereiche Begleitstern seinen Brennstoff verbraucht hat, wird er einen katastrophalen Kollaps erfahren, der eine Supernova-Explosion auslösen und ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern zurücklassen wird. Das Endergebnis sind zwei kompakte Objekte: Entweder ein Paar Schwarzer Löcher, ein Paar Neutronensterne oder ein Schwarzes Loch gepaart mit einem Neutronenstern. Wenn der Abstand zwischen den kompakten Objekten mit der Zeit klein genug wird, werden sie Gravitationswellen erzeugen. Im Lauf der Zeit wird die Größe ihrer Umlaufbahnen schrumpfen, bis sie miteinander verschmelzen. Das Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory/Laser-Interferometer (LIGO) hat in den vergangenen beiden Jahren drei Beispiele für verschmelzende Schwarze Löcher gefunden.

Starburst-Galaxien wie IC 10 sind ausgezeichnete Orte, um nach Röntgendoppelsternen zu suchen, weil sie rasch Sterne bilden. Viele dieser neu geborenen Sterne werden Paare aus jungen und massereichen Sternen sein. Die massereichere Komponente des Paares wird sich schneller entwickeln und ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern bilden – mit dem anderen massereichen Stern als Partner. Falls der Abstand der Sterne klein genug ist, wird ein Röntgendoppelsternsystem entstehen.

Dieses neue Kompositbild von IC 10 kombiniert Röntgendaten von Chandra (blau) mit einem optischen Bild (rot, grün, blau), das von dem Amateurastronom Bill Snyder am Heavens Mirror Observatory in Sierra Nevada (Kalifornien) aufgenommen wurde. Die von Chandra registrierten Röntgenquellen erscheinen in einem dunkleren Blau als die in optischen Wellenlängen registrierten Sterne.

Die jungen Sterne in IC 10 scheinen genau das richtige Alter zu haben, um möglichst starke Interaktionen zwischen den massereichen Sternen und ihren kompakten Begleitern zu erfahren, was die meisten Röntgenquellen hervorbringt. Wenn die Systeme jünger wären, hätten die massereichen Sterne nicht die Zeit gehabt, um als Supernovae zu explodieren und einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch zu erzeugen. Oder die Umlaufbahnen des massereichen Sterns und des kompakten Objekts hätten keine Zeit gehabt, um genug zu schrumpfen, damit der Materietransfer beginnen kann.

Wenn das Sternsystem dagegen viel älter wäre, hätten sich wahrscheinlich schon beide kompakten Objekte gebildet. In diesem Fall ist ein Materietransfer zwischen den kompakten Objekten unwahrscheinlich, was die Entstehung einer Röntgenstrahlung emittierenden Materiescheibe verhindern würde.

Chandra registrierte 110 Röntgenquellen in IC 10. Über 40 davon werden auch in optischen Wellenlängen beobachtet und davon enthalten 16 sogenannte blaue Überriesen – der oben beschriebene junge, massereiche und heiße Sterntyp. Die meisten anderen Quellen sind Röntgendoppelsterne, die masseärmere Sterne enthalten. Mehrere dieser Objekte zeigen eine starke Veränderlichkeit in ihren Röntgenemissionen, was auf intensive Wechselwirkungen zwischen den kompakten Sternen und ihren Begleitern hinweist.

Zwei Abhandlungen, welche diese Ergebnisse beschreiben, wurden am 10. Februar 2017 im Astrophysical Journal veröffentlicht und sind hier und hier verfügbar. Die Autoren der Studie sind Silas Laycock vom Center for Space Science and Technology (UML) der University of Massachusetts in Lowell, Dimitris Christodoulou vom UML, Benjamin Williams von der University of Washington in Seattle, Breanna Binder von der California State Polytechnic University in Pomona und Andrea Prestwich vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge (Massachusetts).

Das Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville (Alabama) leitet das Chandra-Programm für das Science Mission Directorate der Agentur in Washington. Das Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge (Massachusetts) steuert Chandras Wissenschafts- und Flugoperationen.

Quelle

(THK)

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