Schwarzes Loch und Roter Zwergstern umkreisen einander mit Rekordgeschwindigkeit

Standbild aus dem unten eingebundenen Video. Die Animation zeigt das neu entdeckte Binärsystem mit dem Schwarzen Loch MAXI J1659-152. (ESA)
Standbild aus dem unten eingebundenen Video. Die Animation zeigt das neu entdeckte Binärsystem mit dem Schwarzen Loch MAXI J1659-152. (ESA)

Das Weltraumteleskop XMM-Newton der ESA hat geholfen, einen Stern und ein Schwarzes Loch zu identifizieren, die sich gegenseitig einmal in 2,4 Stunden umkreisen – diese schwindelerregende Rate unterbietet den bisherigen Rekord um fast eine Stunde. Das Schwarze Loch dieses kompakten Paares wird als MAXI J1659-152 bezeichnet und ist mindestens dreimal schwerer als die Sonne, während sein Begleitstern, ein Roter Zwerg, nur 20 Prozent der Sonnenmasse besitzt. Das Paar ist etwa eine Million Kilometer voneinander entfernt. (Anm. d. Red.: Die Entfernung zu dem System beträgt 28.000 ± 12.000 Lichtjahre.)

Das Paar wurde am 25. September 2010 vom NASA-Weltraumteleskop Swift entdeckt und anfangs für einen Gammastrahlenausbruch (Gamma-ray burst, GRB) gehalten. Später an dem Tag fand das an Bord der Internationalen Raumstation ISS installierte japanische MAXI-Teleskop eine helle Röntgenquelle an derselben Position. Weitere Beobachtungen von bodengestützten Instrumenten und Weltraumteleskopen – darunter XMM-Newton – offenbarten, dass die Röntgenstrahlung von einem Schwarzen Loch stammt, welches Materie von einem winzigen Begleiter abzieht.

Im Rahmen einer ununterbrochenen, 14,5-stündigen Beobachtung mit XMM-Newton wurden mehrere regelmäßige Abschwächungen in den Emissionen registriert. Sie werden dadurch verursacht, dass der ungleichmäßige Rand der Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs die Röntgenstrahlung kurzzeitig verdunkelt, während das System rotiert. Aus dem Blickwinkel von XMM-Newton befindet sich die Scheibe fast in Kantenstellung. Aus diesen Abschwächungen wurde eine Umlaufperiode von nur 2,4 Stunden gemessen, was einen neuen Rekord für Röntgenbinärsysteme mit Schwarzen Löchern bedeutet. Der bisherige Rekordhalter, Swift J1753.5-0127, hat eine Umlaufperiode von 3,2 Stunden.

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Video-Link: https://youtu.be/UDTuu-UAhFs

Videoanimation des Binärsystems mit dem Schwarzen Loch MAXI J1659-152 und dem Roten Zwergstern. (ESA)

Das Schwarze Loch und der Stern umkreisen ihren gemeinsamen Massenschwerpunkt. Weil der Stern das leichtere Objekt ist, liegt er weiter von diesem Punkt entfernt und muss sich auf seiner Umlaufbahn mit der halsbrecherischen Geschwindigkeit von zwei Millionen Kilometern pro Stunde bewegen – das ist der schnellste Stern, der jemals in einem Röntgenbinärsystem beobachtet wurde. Auf der anderen Seite bewegt sich das Schwarze Loch “nur” mit circa 150.000 Kilometern pro Stunde. “Der Begleitstern umkreist den gemeinsamen Massenschwerpunkt mit einer schwindelerregenden Rate, fast 20 Mal schneller als die Erde um die Sonne läuft. Man möchte wirklich nicht auf so einem Karussell dieses galaktischen Jahrmarkts mitfahren”, sagt Erik Kuulkers, der leitende Autor vom European Space Astronomy Center der ESA in Spanien.

Sein Team erkannte auch, dass das System weit oberhalb der galaktischen Ebene liegt, außerhalb der Hauptscheibe unserer Galaxie. Das ist eine ungewöhnliche Eigenschaft, die nur von zwei anderen Binärsystemen mit Schwarzen Löchern geteilt wird, darunter Swift J1753.5-0127. “Diese Positionen mit hoher galaktischer Breite und kurze Umlaufperioden sind Signaturen einer potenziellen neuen Klasse von Binärsystemen – Objekte, die aufgrund der explosiven Entstehung des Schwarzen Lochs selbst aus der galaktischen Ebene herauskatapultiert worden sein könnten”, sagt Dr. Kuulkers.

Was MAXI J1659-152 betrifft, war die schnelle Reaktion von XMM-Newton der Schlüssel zur Messung der bemerkenswert kurzen Umlaufperiode des Systems. “Die Beobachtungen begannen zur Kaffeezeit, nur fünf Stunden, nachdem wir die Anfrage für den Beginn der Messungen erhalten hatten, und dauerten bis zur Frühstückszeit am nächsten Tag an. Ohne diese schnelle Reaktion wäre es nicht möglich gewesen, die bislang schnellste Rotation eines Binärsystems mit einem Schwarzen Loch zu entdecken”, ergänzt Norbert Schartel, Projektwissenschaftler für XMM-Newton von der ESA.

Abhandlung: “MAXI J1659-152: The shortest orbital period black-hole transient in outburst” im Journal Astronomy & Astrophysics

Quelle: http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Black_hole-star_pair_orbiting_at_dizzying_speed

(THK)

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