Supermassive Schwarze Löcher sind mit ihrer immensen Anziehungskraft sehr gut darin, ihre direkte Umgebung zu säubern, indem sie nahe Objekte verschlucken. Wenn ein Stern innerhalb einer bestimmten Entfernung ein Schwarzes Loch passiert, dann wird die stellare Materie gedehnt und komprimiert – “spaghettifiziert” -, wenn das Schwarze Loch ihn verschluckt.
Ein Schwarzes Loch, das einen Stern zerstört, ist ein Ereignis, das Astronomen als “Tidal Disruption Event” bezeichnen. Es setzt eine riesige Energiemenge frei und lässt die Umgebung durch einen sogenannten Flare hell aufleuchten. In den vergangenen Jahren wurden ein paar Dutzend solcher Tidal Disruption Flares entdeckt, aber sie sie nicht gut verstanden.
Astronomen haben dank Daten des NASA-Teleskops WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) jetzt neue Einblicke in Tidal Disruption Flares gewonnen. Zwei neue Studien charakterisieren die Flares, indem sie untersuchen, wie der umgebende Staub ihr Licht absorbiert und reemittiert, ähnlich wie Echos. Dieser Ansatz ermöglichte den Wissenschaftlern, die Energie der Flares von Tidal Disruption Events genauer zu messen als jemals zuvor.
“Dies ist das erste Mal, dass wir die infraroten Lichtechos mehrerer Tidal Disruption Events deutlich gesehen haben”, sagte Sjoert van Velzen, Postdoktorand an der Johns Hopkins University in Baltimore. Er ist der Hauptautor einer im Astrophysical Journal veröffentlichten Studie, die drei derartige Ereignisse identifizierte. Über ein viertes potenzielles Lichtecho, basierend auf WISE-Daten, wurde in einer unabhängigen Studie berichtet, die von Ning Jiang geleitet wurde, einem Postdoktoranden an der University of Science and Technology of China in Hefei.
Flares von Schwarzen Löchern, die Sterne verschlucken, emittieren hochenergetische Strahlung, darunter ultraviolettes Licht und Röntgenstrahlung. Solche Flares zerstören jeden Staub in der Umgebung eines Schwarzen Lochs. Aber ab einer gewissen Distanz zu dem Schwarzen Loch kann der Staub widerstehen, weil die ihn erreichende Strahlung des Flares nicht so stark ist.
Nachdem der widerstehende Staub von einem Flare aufgeheizt wurde, gibt er Infrarotstrahlung ab. WISE misst diese Infrarotemissionen des Staubs in der Nähe eines Schwarzen Lochs, was Anhaltspunkte über die Flares von Tidal Disruption Events und die Natur des Staubs selbst liefert. Infrarote Wellenlängen sind länger als die Wellenlängen von sichtbarem Licht und können nicht mit dem bloßen Auge beobachtet werden. Das WISE-Weltraumteleskop, das alle sechs Monate den kompletten Himmel kartiert, erlaubte die Messung der infraroten Emissionen des Staubs.
Astronomen nutzen sogenannte Lichtechos, um den Staub zu charakterisieren. Diese Methode stützt sich auf die Messung der Verzögerung zwischen dem ursprünglichen optischen Licht des Flares und den nachfolgenden Infrarotemissionen, wenn der Flare die staubhaltige Umgebung des Schwarzen Lochs erreicht. Diese Zeitverzögerung wird dann verwendet, um die Distanz zwischen dem Schwarzen Loch und dem Staub zu bestimmen.
Van Velzens Studie betrachtete fünf mögliche Tidal Disruption Events und identifizierte den Lichtechoeffekt bei drei von ihnen. Jiangs Gruppe sah ihn bei einem weiteren Ereignis mit der Bezeichnung ASASSN-14li. Die Messung des infraroten Leuchtens des von diesen Flares aufgeheizten Staubs erlaubte den Astronomen, Schätzungen über die Positionen des Staubs abzugeben, der das Schwarze Loch im Zentrum einer Galaxie umgibt.
“Unsere Studie bestätigt, dass der Staub dort ist, und dass wir ihn dazu benutzen können, um festzustellen, wie viel Energie bei der Zerstörung des Sterns freigesetzt wurde”, sagte Varoujan Gorjian, ein Astronom am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena (Kalifornien) und Co-Autor der von van Velzen geleiteten Studie.
Die Forscher stellten fest, dass die Infrarotemissionen des Staubs, der von einem Flare aufgeheizt wurde, ein Infrarotsignal erzeugt, das noch bis zu einem Jahr nach der Spitzenhelligkeit des Flares registriert werden kann. Die Ergebnisse sind konsistent mit der Theorie, dass das Schwarze Loch von einem lückenhaften, runden Netz aus Staub umgeben wird, das ein paar Billionen Kilometer (etwa ein halbes Lichtjahr) von dem Schwarzen Loch selbst entfernt ist. “Das Schwarze Loch hat alles zwischen ihm selbst und seiner Staubhülle zerstört”, sagte van Velzen. “Es ist so, als hätte das Schwarze Loch sein Zimmer mit einem Flammenwerfer aufgeräumt.”
Das Jet Propulsion Laboratory leitet und betreibt WISE für das Science Mission Directorate in Washington. Das Weltraumteleskop wurde im Jahr 2011 in den Ruhezustand versetzt, nachdem es zweimal den gesamten Himmel gescannt hatte und damit sein Hauptziel erfüllte. Im September 2013 wurde WISE reaktiviert, in NEOWISE umbenannt und mit der Mission betraut, die Bemühungen der NASA zur Identifizierung potenziell bedrohlicher erdnaher Objekte zu unterstützen.
Quelle: https://www.nasa.gov/feature/jpl/studies-find-echoes-of-black-holes-eating-stars
(THK)
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