Swift-Satellit entdeckt ein neues Schwarzes Loch in unserer Galaxie

Künstlerische Darstellung des Systems Swift J1745-26 mit einem sonnenähnlichen Stern (links) und einem stellaren Schwarzen Loch (rechts) und dessen Akkretionsscheibe. (NASA / Goddard Space Flight Center / Conceptual Image Lab)
Künstlerische Darstellung des Systems Swift J1745-26 mit einem sonnenähnlichen Stern (links) und einem stellaren Schwarzen Loch (rechts) und dessen Akkretionsscheibe. (NASA / Goddard Space Flight Center / Conceptual Image Lab)

Der Swift-Satellit der NASA registrierte kürzlich einen Anstieg hochenergetischer Röntgenstrahlen von einer Quelle, die in Richtung des Zentrums unserer Milchstraßen-Galaxie liegt. Der Ausbruch, erzeugt durch eine seltene Röntgennova, zeigt die Anwesenheit eines bislang unbekannten stellaren Schwarzen Lochs an.

„Helle Röntgennovae sind so selten, dass die Ereignisse praktisch nur einmal im Verlauf einer Mission auftreten und dies ist die erste, die Swift beobachtet hat“, sagte Neil Gehrels vom Goddard Space Flight Center in Greenbelt (Maryland), der leitende Wissenschaftler der Mission. „Das ist wirklich Etwas, worauf wir gewartet haben.“

Eine Röntgennova ist eine kurzlebige Röntgenquelle, die plötzlich erscheint, nach wenigen Tagen ihre Spitzenhelligkeit erreicht und sich dann über eine Zeitspanne von Monaten abschwächt. Der Ausbruch geschieht, wenn ein Strom aus gespeichertem Gas plötzlich in Richtung eines der kompaktesten bekannten Objekte stürzt, entweder einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch.

Die schnell heller werdende Quelle löste am Morgen des 16. September 2012 zweimal Swifts Burst Alert Telescope aus und ein weiteres Mal am nächsten Tag. Die Nova wurde nach den Koordinaten ihrer Position am Himmel als Swift J1745-26 bezeichnet und befindet sich ein paar Grad vom Zentrum unserer Galaxie entfernt in Richtung des Sternbildes Sagittarius (Schütze). Obwohl Astronomen seine genaue Entfernung nicht kennen, denken sie, dass das Objekt zwischen 20.000 und 30.000 Lichtjahre entfernt in der inneren Region der Galaxie liegt.

Bodengestützte Beobachtungen registrierten Infrarot- und Radioemissionen, aber dichte Wolken aus verdeckendem Staub haben Astronomen daran gehindert, Swift J1745-26 in sichtbarem Licht zu beobachten. Ihre Spitzenintensität erreichte die Nova in hartem Röntgenlicht (Energien über 10.000 Elektronenvolt oder die mehrere tausendfache Energie von sichtbarem Licht) am 18. September 2012, als ihre Intensität vergleichbar mit der des berühmten Krebsnebels war, einem Supernova-Überrest, der als Kalibrierungsziel für Hochenergie-Beobachtungen dient und in diesem Energiebereich als eine der hellsten Quellen außerhalb des Sonnensystems gilt.

Sogar als sie sich in höheren Energien abschwächte, wurde sie in den von Swifts X-ray Telescope registrierten, niedrigeren Energien heller – ein für Röntgennovae typisches Verhalten. Bis Mittwoch (3. Oktober 2012) war Swift J1745-26 im weichen Röntgenbereich etwa 30 Mal heller als zum Zeitpunkt der Entdeckung und wurde noch heller.

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Video-Link: https://youtu.be/3p7TrVHzfWc

Video mit allgemeinen Informationen über Röntgendoppelsterne und die aktuelle Entdeckung des Swift-Satelliten. (NASA / Goddard Space Flight Center)

„Das Muster, das wir sehen, wird in Röntgennovae beobachtet, bei denen das Zentralobjekt ein Schwarzes Loch ist. Wenn die Röntgenstrahlung sich erst einmal abgeschwächt hat, hoffen wir, seine Masse zu messen und den Status als Schwarzes Loch zu bestätigen“, sagte Boris Sbarufatti, ein Astrophysiker vom Brera Observatory in Mailand (Italien), der zurzeit mit anderen Swift-Teammitgliedern an der Pennsylvania State University in University Park (Pennsylvania) zusammenarbeitet.

Das Schwarze Loch muss Teil eines geringmassigen Röntgendoppelsternsystems (low-mass X-ray binary, LMXB) sein, das einen normalen, sonnenähnlichen Stern enthält. Ein Gasstrom fließt von dem normalen Stern weg und tritt in eine Scheibe um das Schwarze Loch ein. Bei den meisten Röntgendoppelsternen spiralt das Gas in der Scheibe nach innen, heizt sich auf, während es sich in Richtung des Schwarzen Lochs bewegt und erzeugt einen stetigen Strom aus Röntgenstrahlen.

Aber unter bestimmten Bedingungen hängt der stabile Fluss innerhalb der Scheibe von der Materiemenge ab, die von dem Begleitstern in die Scheibe fließt. Bei bestimmten Raten kann die Scheibe einen stetigen inneren Fluss nicht aufrechterhalten und springt stattdessen zwischen zwei völlig unterschiedlichen Zuständen hin und her: Einem kühleren, weniger ionisierten Zustand, in dem sich das Gas einfach in dem äußeren Teil der Scheibe ansammelt wie Wasser hinter einem Damm, und einem heißeren, stärker ionisierten Zustand, der eine Gezeitenwelle aus Gas in Richtung des Zentrums schickt.

„Jeder Ausbruch säubert die innere Scheibe und ohne Materie, beziehungsweise mit wenig Materie, die in Richtung des Schwarzen Lochs fällt, hört das System auf, eine helle Quelle für Röntgenstrahlung zu sein“, sagte John Cannizzo, ein Astrophysiker vom Goddard Space Flight Center. „Jahrzehnte später, wenn sich genug Gas in der äußeren Scheibe angesammelt hat, springt sie wieder in ihren heißen Zustand und schickt eine Flut aus Gas in Richtung des Schwarzen Lochs, was in einem neuen Röntgenausbruch resultiert.“

Dieses Phänomen wird als „Thermal-viscous Limit Cylce“ (etwa: thermal-viskoser Grenzzyklus) bezeichnet und hilft Astronomen, kurzlebige Ausbrüche in einem weiten Bereich von Systemen zu erklären – von protoplanetarischen Scheiben um junge Sterne über Zwergnovae, bei denen das Zentralobjekt ein Weißer Zwerg ist, bis hin zu hellen Emissionen von supermassiven Schwarzen Löchern in den Herzen entfernter Galaxien.

Swift startete im November 2004 und wird vom Goddard Space Flight Center geleitet. Der Satellit wird in Zusammenarbeit mit der Penn State University, dem Los Alamos National Laboratory in New Mexico, Orbital Sciences Corp. in Dulles (Virginia) und internationalen Partnern in Großbritannien und Italien betrieben, wobei auch Deutschland und Japan Beiträge leisten.

Quelle: http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/new-black-hole.html

(THK)

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