Samstag, 6. Oktober 2012

Weltraumteleskop ortet neue Strahlungsquelle aus Richtung des Zentrums unserer Galaxie


Plötzliche Quelle starker Röntgenstrahlung in der Nähe des galaktischen Zentrums (Sagittarius A*), fotografiert am 18. September 2012.
| Copyright: NASA's Goddard Space Flight Center 

Greenbelt (USA) - Mit dem Weltraumobservatorium "Swift" haben Astronomen eine neue kurzlebige Quelle ansteigender Röntgenstrahlung aus Richtung des Zentrum unserer Galaxie, der Milchstraße, entdeckt. Bei dem Ausbruch handelt es sich um das seltene Phänomen einer sogenannten Röntgenstrahlen-Nova, die für gewöhnlich die Anwesenheit eines Schwarzen Lochs mit stellarer Masse verrät. Sollte dies zutreffen würde es sich um ein bislang unbekanntes Schwarzes Loch handeln.

"Derartig helle Röntgenstrahlen-Novae sind so selten, dass es sie für gewöhnlich - wenn überhaupt - nur einmal pro Mission zu erwarten sind. Es handelt sich auf jeden Fall um das erste derartige Ereignis, das von 'Swift' (gestartet 2004) beobachtet werden konnte", erläutert der Hauptuntersucher der Mission Neil Gehrels Goddard Space Flight Center der NASA. "Das ist wirklich etwas, auf das wir schon lange gewartet haben."

Eine Röntgenstrahlen-Nova ist in der Regel eine kurzlebige Röntgenquelle, die plötzlich erscheint, ihren Höhepunkt erreicht und dann auch wieder über einen Zeitraum von mehren Monaten abfällt. Zu dem Ausbruch kommt es, wenn ein eine regelrecht Sturmflut von sich angestautem Gas plötzlich in Richtung eines der kompaktesten bekannten Objekte schießt. Entweder handelt es sich hierbei um einen Neutronenstern oder um ein Schwarzes Loch.

 
Die bislang vermutete Position des Ausbruchs (roter Kasten, vgl. Abb. o.) in der Nähe des galaktischen Zentrums (Illu.).
| Copyright: NASA's Goddard Space Flight Center

Die derzeit schnell ansteigende Quelle mit der Bezeichnung "Swift J1745-26" wurde zum ersten Mal am 16. September 2012 und erneut tags darauf registriert. Ihre Position befindet sich nur wenige Winkelgrade vom Zentrum unserer Galaxis im Sternbild Sagittarius entfernt. Während die Astronomen bislang die genaue Entfernung noch nicht kennen, vermutet sie, dass die Quelle etwa 20.000 bis 30.000 Lichtjahre vom exakten Zentrum, in dessen innerer Region (s. Abb.), liegt. Noch bis in die ersten Oktobertage war die Quelle im niedrigenergetischen Spektrum auszumachen.


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Auch folgende erdgestützte Beobachtungen registrierten Infrarot und Radiostrahlung aus der Quelle, zugleich jedoch auch die Signaturen dichter Wolken aus kosmischem Staub, der Astronomen daran hindert, das Ereignis "Swift J1745-26" auch im sichtbaren Licht zu sehen.

Die Nova selbst erreichte ihren Höhepunkt am 18. September 2012 mit einer Energieemission von mehr als 10.000 Elektronenvolt, was dem mehre Tausendfachen der Energie von sichtbarem Licht entspricht.

"Das Strahlungsmuster, das wir von dieser Quelle empfangen entspricht bekannten vorigen Röntgenstrahlen-Novae, die auf ein Schwarzes Loch zurückgehen", erläutert Boris Sbarufatti vom Osservatorio Astronomico di Brera im italienischen Milan, der derzeit mit Kollegen der Penn State University an der Auswertung der "Swift"-Daten arbeitet. "Wenn die Röntgenstrahlung abnimmt, hoffen wir, die Masse des Objekts bestimmen und damit eindeutig sagen zu können, ob es sich auch wirklich um ein Schwarzes Loch handelt."


Künstlerische Darstellung des Gas- und Materieflusses in einem Binärsystem aus einem sonnenähnlichen Stern und einem Schwarzen Loch (Illu.).
| Copyright: NASA's Goddard Space Flight Center

Sollte sich dies bestätigen, so müsste es sich um ein binäres System aus einem vergleichsweise kleinen Schwarzen Loch und einem sonnenähnlichen Stern handeln (s. Abb.). Ein Gasstrom würde in diesem System aus dem Stern in die Gas- und Materiescheibe um das Schwarze Loch einfließen. In den meisten derartigen Systemen bewegt sich dieses Gas spiralförmig nach Innen und damit in Richtung des Schwarzen Lochs, staut sich an dessen Rand, um das Schwarze Loch nach und nach zu nähren. Hierbei erhitzt sich das Gas stark und erzeugt dabei einen fortwährenden Strom aus Röntgenstrahlung (Jet).

Unter bestimmten Umständen, kann sich der Gasstrom innerhalb dieser Scheibe jedoch stabilisieren, wodurch der stetige Strom abreist und das Gas dann immer wieder zwischen seinen Extremzuständen - hochenergetisch heiß und ionisiert und von geringerer Energie und abgekühlt - hin und her springt. Hierbei staut sich dann das so entstehende kältere Gas in den äußeren Regionen der Scheibe, wie Wasser hinter einem Damm, während das heißere Gas eine regelrechte Wellenfront aus Gas in Richtung Zentrum schickt. Bricht dieser Damm dann nach Jahrzehnten der Ansammlung, schießt eine Gasflut in Richtung des Schwarzen Lochs und erzeugt den Ausbruch.

"Jeder dieser Ausbrüche säubert dabei sozusagen die innere Scheibe, wodurch weniger oder sogar gar keine Materie in das Schwarze Loch mehr nachfällt und das System als Röntgenquelle versiegt", erläutert der Goddard-Astronom John Canizzo. "Von nun an dauert es wieder einige Jahrzehnte, bis sich genügend Gas und Materie in der äußeren Scheibe angesammelt hat um wieder in die inneren Regionen einzubrechen und einen erneute Ausbruch zu initiieren.

Dieses Phänomen, das als "thermal-viscous limit cycle" bezeichnet wird, hilft Astronomen dabei, derart flüchtige Ausbrüche in einer Vielzahl von Systemen, angefangen von protoplanetaren Scheiben um junge Sterne, über Zwerg-Novae - in welchen das zentrale Objekt ein Weißer Zwergstern ist - bis hin zu extrem hellem Emissionen von supermassereichen Schwarzen Löchern im Zentrum von Galaxien zu verstehen.

Erläuterungsvideo zur Röntgenstrahlen-Novae


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