Swift beobachtet Röntgenaktivität im Zentrum der Milchstraßen-Galaxie

Dieses Bild des galaktischen Zentrums basiert auf Swift-Beobachtungen des Jahres 2013. Sagittarius A* liegt im Zentrum. Energiearme Röntgenstrahlung (300 - 1.500 Elektronenvolt, eV) ist rot markiert, mittelstarke Strahlung (1.500 - 3.000 eV) ist grün gekennzeichnet und hochenergetische Strahlung (3.000 - 10.000 eV) ist blau gefärbt. Die gesamte Belichtungszeit betrug 12,6 Tage. (Image Credit: NASA / Swift / N. Degenaar (Univ. of Michigan))
Dieses Bild des galaktischen Zentrums basiert auf Swift-Beobachtungen des Jahres 2013. Sagittarius A* liegt im Zentrum. Energiearme Röntgenstrahlung (300 - 1.500 Elektronenvolt, eV) ist rot markiert, mittelstarke Strahlung (1.500 - 3.000 eV) ist grün gekennzeichnet und hochenergetische Strahlung (3.000 - 10.000 eV) ist blau gefärbt. Die gesamte Belichtungszeit betrug 12,6 Tage. (Image Credit: NASA / Swift / N. Degenaar (Univ. of Michigan))

Neue Beobachtungen mit dem Swift-Weltraumobservatorium der NASA haben Wissenschaftlern einen einzigartigen Einblick in die Aktivität im Zentrum unserer Galaxie gegeben und zu der Entdeckung eines seltenen Himmelskörpers geführt, der dabei helfen könnte, die Vorhersagen von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie zu überprüfen.

Auf dem jährlichen Treffen der American Astronomical Society in National Harbor (Maryland) präsentierten die Wissenschaftler diese Woche ihre Untersuchungen von Bildern, die das Swift-Teleskop gemacht hat. Sie erklärten, wie die Aufnahmen helfen könnten, die physikalische Natur von Röntgenausbrüchen zu entschlüsseln und wie sie die Entdeckung eines Exemplars von einer seltenen Unterklasse der Neutronensterne ermöglichten.

Swifts siebenjährige Kampagne zur Beobachtung des Zentrums unserer Milchstraßen-Galaxie hat die Anzahl der verfügbaren Aufnahmen von jenen hellen Röntgenausbrüchen verdoppelt, die am zentralen Schwarzen Loch der Galaxie – Sagittarius A* (Sgr A*) – auftreten. Sagittarius A* liegt im Zentrum der innersten Region unserer Milchstraßen-Galaxie, etwa 26.000 Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbildes Sagittarius (Schütze). Seine Masse beträgt mindestens vier Millionen Sonnenmassen. Einem Experten zufolge ist es trotz der beträchtlichen Größe nicht annähernd so hell, wie es sein könnte, wenn es aktiver wäre.

„Hinsichtlich seiner Größe ist dieses supermassive Schwarze Loch etwa eine Milliarde Mal schwächer, als es sein könnte“, sagte Nathalie Degenaar, die leitende Wissenschaftlerin der Swift-Beobachtungskampagne des galaktischen Zentrums und Astronomin an der University of Michigan in Ann Arbor. „Obwohl es jetzt ruhig ist, war es in der Vergangenheit recht aktiv und erzeugt auch heute noch regelmäßige kurze Röntgenausbrüche.“

„Um das Verhalten des Schwarzen Lochs im Verlauf der Zeit besser zu verstehen, begann das Swift-Team im Februar 2006 mit regelmäßigen Beobachtungen des Zentrums unserer Milchstraßen-Galaxie. Alle paar Tage richtet sich der Swift-Satellit auf die innerste Region der Galaxie aus und macht einen 17 Minuten langen Schnappschuss mit seinem X-ray Telescope (XRT).

Bis jetzt hat Swifts Röntgenteleskop sechs helle Ausbrüche registriert, während derer die Röntgenemission des Schwarzen Lochs für ein paar Stunden bis zu 150 Mal heller war. Diese neuen Beobachtungen erlaubten dem Team, abzuschätzen, dass vergleichbare Ausbrüche alle fünf bis zehn Tage auftreten. Die Forscher werden nach Unterschieden zwischen den Ausbrüchen suchen, um ihre physikalische Natur zu entschlüsseln.

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Video-Link: https://youtu.be/maO58QA4ewc

Diese Bildsequenz des Swift-Satelliten zeigt Helligkeits-Veränderungen im Zentrum unserer Milchstraßen-Galaxie zwischen 2006 und 2013. (NASA / Swift / N. Degenaar (Univ. of Michigan))

Das Swift-XRT-Team geht davon aus, dass 2014 ein erfolgreiches Jahr für die Kampagne werden wird. Eine kalte Gaswolke mit der Bezeichnung G2, etwa drei Erdmassen schwer, wird Sagittarius A* in geringer Entfernung passieren und steht bereits unter dem Einfluss seines starken Gravitationsfeldes. Astronomen erwarten, dass G2 im zweiten Viertel des Jahres so nah an dem Schwarzen Loch vorbeiziehen wird, dass sich das Gas bis zu einem Punkt erhitzt, an dem es Röntgenstrahlung produziert.

Wenn ein Teil des Gases Sagittarius A* tatsächlich erreicht, könnten Astronomen Zeuge eines deutlichen Aktivitätsanstiegs des Schwarzen Lochs werden. Das Ereignis wird sich während der nächsten paar Jahre fortsetzen, was Wissenschaftlern einen Platz in der ersten Reihe verschafft, um das Phänomen zu untersuchen. „Astronomen auf der ganzen Welt warten gespannt auf die ersten Anzeichen dafür, dass diese Interaktion begonnen hat“, sagte Jamie Kennea, ein Teammitglied von der Pennsylvania State University in University Park (Pennsylvania). „Mit der unschätzbaren Hilfe von Swift könnte es gut sein, dass unser Beobachtungsprogramm diesen Anhaltspunkt liefert.“

Im April sahen die Forscher etwas, von dem sie annahmen, dass es ein solcher Hinweis sei. Swift registrierte einen starken, hochenergetischen Ausbruch und einen dramatischen Anstieg der Röntgenhelligkeit in der Region von Sagittarius A*. Sie waren aufgeregt, als sie feststellten, dass die Aktivität von einer separaten Quelle in direkter Nähe zu dem Schwarzen Loch stammte: dem Exemplar einer seltenen Unterklasse der Neutronensterne. Ein Neutronenstern ist der kollabierte Kern eines Sterns, der durch eine Supernova-Explosion zerstört wurde und vereinigt das Äquivalent von einer halben Million Erdmassen in einer Kugel von der Größe Washingtons. Der Neutronenstern mit der Bezeichnung SGR J1745-29 ist ein Magnetar – das bedeutet, seine Magnetfelder sind tausende Male stärker als die eines gewöhnlichen Neutronensterns. Bislang wurden nur 26 Magnetare identifiziert.

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Video-Link: https://youtu.be/uK93x7EYj04

Computersimulation der Gaswolke G2 in der Nähe des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraßen-Galaxie. (ESO / MPE / M.Schartmann)

Die Entdeckung von SGR J1745-29 könnte Wissenschaftlern bei ihrer Erforschung der wichtigen Eigenschaften des Schwarzen Lochs von Sagittarius A* helfen. Während er rotiert, emittiert der Magnetar regelmäßige Röntgen- und Radiopulse. Wenn er Sagittarius A* umkreist, könnten Astronomen geringe Veränderungen bei dem Timing der Pulse registrieren, die auf das Gravitationsfeld des Schwarzen Lochs zurückzuführen sind – eine Vorhersage von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie.

„Dieses Langzeit-Programm hat viele wissenschaftliche Auszeichnungen bekommen und aufgrund der Vielseitigkeit des Weltraumobservatoriums und der Empfindlichkeit seines Röntgenteleskops XRT ist Swift der einzige Satellit, der eine derartige Kampagne durchführen kann“, sagte Neil Gehrels, der leitende Wissenschaftler der Mission vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland).

Das Goddard Space Flight Center betreibt den Swift-Satelliten, der im November 2004 gestartet wurde und steuert ihn in Zusammenarbeit mit der Pennsylvania State University, dem Los Alamos National Laboratory in New Mexico und Orbital Sciences Corp. in Dulles (Virginia). Internationale Partner sitzen im Vereinigten Königreich und Italien. Die Mission umfasst Beiträge aus Deutschland und Japan.

Quelle: http://www.nasa.gov/press/2014/january/nasas-swift-catches-x-ray-action-at-milky-ways-center/index.html

(THK)

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