Sternbild Vulpecula: Schwarzes Loch mit über fünf Sonnenmassen entdeckt

Künstlerische Darstellung des Röntgendoppelsterns XTE J1859+226. (Jesús Corral Santana (IAC))
Künstlerische Darstellung des Röntgendoppelsterns XTE J1859+226. (Jesús Corral Santana (IAC))

Das Gran Teleskopio Canarias (GTC) erhielt nun die ersten spektroskopischen Daten des Röntgendoppelsternsystems XTE J1859+226, welche die Existenz eines Schwarzen Loches beweisen. Es sind nur 20 Binärsysteme bekannt, die ein Schwarzes Loch enthalten – von einer geschätzten Anzahl um 5.000 in unserer Milchstraße.

Sie ahnten es, aber waren bis jetzt nicht in der Lage, es zu bestätigen. Wissenschaftler vom Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) haben die die Existenz eines Schwarzen Loches in dem Röntgenbinärsystem XTE J1859+226 entdeckt, das die 5,4-fache Sonnenmasse besitzt. Die Beobachtungen gingen vom Gran Telescopio Canarias aus, mit dem man die ersten veröffentlichten spektroskopischen Daten dieses Binärsystems auswerten konnte, was ein bestimmender Faktor bei der Entdeckung gewesen ist.

Röntgenbinärsysteme sind stellare Systeme, die sich aus einem kompakten Objekt (das ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch sein könnte) und einem normalen Stern zusammensetzen. Das kompakte Objekt saugt Materie von dem Stern ab und fügt sie durch eine es umgebende Spiralscheibe langsam zu seiner eigenen Masse hinzu. Dieser Absorptionsprozess wird auch als Akkretion bezeichnet.

XTE J1859+226 ist ein sprunghaftes Röntgenbinärsystem im Sternbild Vulpecula (Fuchs). Es wurde 1999 von dem Satelliten RXTE während einer Eruption entdeckt. (Seine Entfernung beträgt ungefähr 11.000 Parsec oder knapp 36.000 Lichtjahre, Anm. d. Red.)

“Sprunghafte Röntgenbinärsysteme zeichnen sich dadurch aus, dass sie die meiste Zeit ihres Lebens in Ruhe verbringen aber gelegentlich in Eruptionsphasen eintreten, in denen sich die Akkretionsrate des Schwarzen Lochs erhöht”, erklärt Jesús Corral Santana, ein Astrophysiker vom IAC, der die in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) veröffentlichte Studie leitete.

Neutronensterne sind wie Schwarze Löcher die Überreste, die von einem massiven Stern nach dessen Tod zurückbleiben. Die meisten bekannten Neutronensterne haben eine Masse von etwa 1,4 Sonnenmassen, in manchen Fällen wurden auch Werte von über zwei Sonnenmassen gemessen. Astronomen glauben, dass Neutronensterne nicht stabil sind, wenn sie die dreifache Sonnenmasse überschreiten und dann weiter kollabieren, bis sie ein Schwarzes Loch bilden.

Für Corral-Santana “ist es entscheidend, die Masse von kompakten Objekten zu messen, um zu bestimmen, welche Art Objekt es sein könnte. Wenn es schwerer als drei Sonnenmassen ist, kann es nur ein Schwarzes Loch sein. Wir haben herausgefunden, dass XTE J1859+226 ein Schwarzes Loch hat, welches über 5,4 Mal schwerer als die Sonne ist. Es ist die definitive Bestätigung der Existenz eines Schwarzen Lochs in diesem System.”

“Mit diesem Ergebnis fügen wir der Studie über die Massenverteilung von Schwarzen Löchern ein neues Teil hinzu. Die Form dieser Verteilung hat sehr wichtige Auswirkungen auf unser Wissen über den Tod massiver Sterne, die Bildung von Schwarzen Löchern und die Entwicklung von Röntgenbinärsystemen”, ergänzte der Astrophysiker.

Zwölf Jahre Beobachtungen: Das Sichtbare und das Unsichtbare messen

Das Astrophysikerteam am IAC hat die Spur des stellaren Objekts nicht verloren, seit es 1999 in eine Eruptionsphase eintrat. Sie führten Beobachtungskampagnen durch, um seine Entwicklung zu verfolgen. Die Forscher haben die photometrischen Messungen des Isaac Newton Telescope (INT) und des William Herschel Telescope (WHT) aus dem Jahre 2000, sowie die des Nordic Optical Telescope von 2008 kombiniert und durch die spektroskopischen Daten des GTC von 2010 ergänzt – die ersten Daten über dieses spezielle Objekt, die jemals veröffentlicht wurden.

“Wegen der geringen Helligkeit des beobachteten Systems brauchten wir 10-Meter-Telescope, um das Spektrum zu erhalten. Diesbezüglich war es ein bestimmender Faktor, unsere Beobachtungen am GTC machen zu können”, betonte Corral-Santana.

Die Messungen am GTC wurden mit dem OSIRIS-Instrument durchgeführt, das als Kamera oder als Spektrograph im sichtbaren Wellenlängenbereich eingesetzt werden kann. Der Spektrograph zerlegt das von einem Stern emittierte Licht in seine unterschiedlichen Frequenzen und erlaubt die Registrierung von Linien, die den verschiedenen chemischen Elementen in seiner Atmosphäre entsprechen. Diese Linien liefern Informationen über die physikalischen Eigenschaften eines Sterns und seiner Bewegung.

Die photometrischen Messungen erlaubten die Bestimmung der Umlaufzeit des Binärsystems (6,6 Stunden), während die spektroskopischen Daten Informationen über die Geschwindigkeit des Sterns um das Schwarze Loch preis gaben. Die Kombination dieser beiden Parameter ermöglichte die Berechnung der Masse des Schwarzen Lochs.

Das Gran Telescopio Canarias befindet sich am Roque de los Muchachos Observatory (auf La Palma, Kanaren) und ist mit einem Spiegeldurchmesser von 10,4 Metern das größte optisch-infrarote Teleskop der Welt.

Quelle: http://www.alphagalileo.org/ViewItem.aspx?ItemId=99254&CultureCode=en

(THK)

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