Im Netz gefangen: Schwarze Löcher im Tarantelnebel verschmelzen

Die Illustration zeigt das Ergebnis einer Simulation. Zwei Schwarze Löcher verschmelzen vor dem Hintergrund des Tarantelnebels in der Großen Magellanschen Wolke. Das Ereignis ist fiktiv.
Bildcredit und Bildrechte: Artwork: Carl Knox OzGrav, Technische Universität Swinburne; Astrofotografie: Blake Estes und Christian Sasse, iTelescope.net; Text: Cecilia Chirenti (NASA GSFC, UMCP, CRESST II)

Wie können wir etwas sehen, das eigentlich unsichtbar ist? Schwarze Löcher sind in der dunklen kosmischen Nacht nicht leicht erkennbar. Aber in der Astronomie kann man sie aufspüren, indem man die Auswirkung ihrer Gravitation auf Materie, Licht und die Raumzeit erforscht.

Für diese Illustration simulierte man ein System aus zwei Schwarzen Löchern bei seinem finalen „Tanz“ und kombinierten es mit einer lang belichteten Aufnahme des Tarantelnebels, die dahinter gelegt wurde. Schwarze Löcher senden zwar selbst kein Licht aus. Doch sie krümmen den Pfad der Lichtstrahlen. Dabei wirken sie wie eine Gravitationslinse, die den Nebel extrem verzerrt. Das führt zu sogenannten Einsteinringen und Mehrfachbildern.

Der Tarantelnebel liegt in der Großen Magellanschen Wolke. Sie ist eine Zwerggalaxie und eine Satellitengalaxie unserer Milchstraße, die rund 160.000 Lichtjahre entfernt ist. Damit wäre dieses Ereignis mehr als 1.000-mal näher als jede Verschmelzung von binären Schwarzen Löchern, die man bisher beobachtet hat. Vermutlich sehen wir niemals eine Verschmelzung so nah an unserer galaktischen Heimat!

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Schwarze Löcher, Neutronensterne: 218 verschmolzen

Das Raster zeigt die Verschmelzungen von 218 massereichen Objekten, die meisten davon sind Schwarze Löcher. Es sind alle Ereignisse, die bisher von der Kollaboration LIGO, VIRGO und KAGRA veröffentlicht wurde.
Bildcredit: Ryan Nowicki, Bill Smith und Karan Jani; Text: Cecilia Chirenti (NASA GSFC, UMCP, CRESST II)

Wie klingt es, wenn zwei Schwarze Löcher in den Tiefen des Weltraums verschmelzen? Schallwellen breiten sich im Vakuum nicht aus, Gravitationswellen hingegen schon. Im Jahr 2015 konnten wir sie zum ersten Mal „hören“. Das bestätigte eine von Albert Einsteins theoretischen Vorhersagen.

Jedes Quadrat im Raster zeigt eine Messung von Gravitationswellen. Das Bild zeigt alle bisher veröffentlichten Ergebnisse der Arbeitsgruppe aus LIGO, VIRGO, und KAGRA. Die Diagramme in den Einzelbildern zeigen, wie ein binäres Paar auf einer Bahn umeinander kreist und zur Verschmelzung hin schneller wird. Die Frequenz steigt an. Das bezeichnet man als „Zwitschern“ (Chirp).

Es gibt zwar deutlich mehr Neutronensterne als Schwarze Löcher. Doch bei den meisten Messungen verschmolzen binäre Schwarze Löcher. Das liegt daran, dass Schwarze Löcher schwerer sind. Ihre Signale sind „lauter“. Man kann sie aus größerer Entfernung wahrnehmen, was zu mehr Entdeckungen führt. Solche Ereignisse sind selten. Wir erwarten nicht, in nächster Zeit eines in der Nähe unserer Galaxis zu beobachten. Doch sie finden kontinuierlich überall im Kosmos statt.

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Raketenabgaswolke: Die Quallen von SpaceX

Über einem Gewässer schweben Abgasschwaden, die beim Start einer Falcon 9 entstanden. Sie wirken malerisch und fremdartig.
Bildcredit und Bildrechte: Michael Seeley; Text: Cecilia Chirenti (NASA GSFC, UMCP, CRESST II)

Selbst wer den Kopf ständig in den Wolken hat, bekommt so eine Qualle nicht oft zu sehen. Das Bild zeigt den Start einer Falcon 9-Rakete von SpaceX, die am 4. März von Cape Canaveral in Florida abhob. Die Rakete startete 52 Minuten vor Sonnenaufgang.

Die Abgasfahne der zweiten Raketenstufe schwebte schon so hoch am Himmel, dass sie das Licht der aufgehenden Sonne einfing, als der Fotograf am Boden noch im Dunkeln stand. So eine Kombination aus Licht und Schatten ist nur in der Dämmerung möglich. Sie lässt die Abgase, die hauptsächlich aus Wasserdampf und Kohlendioxid bestehen, wie eine leuchtende Wolke erscheinen.

Es scheint, als würde die Rakete nach unten fliegen, doch das täuscht: Die Rakete folgt auf ihrem Weg ins All lediglich der Erdkrümmung. Ein verwandter Effekt ist ein Phänomen in der Dämmerung, bei dem farbenfrohe Kondensstreifen entstehen. Manche halten sie fälschlicherweise für UFOs. Übrigens schickte die NASA für ein wissenschaftliches Experiment in den 1990er-Jahren tatsächlich echte Quallen ins All.

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Eine fast volle Rotation des Uranus

Videocredit: ESA/Webb, NASA, CSA, STScI, P. Tiranti, H. Melin, M. Zamani (ESA/Webb); Text: Keighley Rockcliffe (NASA GSFC, UMBC CSST, CRESST II)

Zum ersten Mal sind wir Zeugen, wie der äußere Planet Uranus die Bühne betritt und eine Pirouette vollführt. Uranus ist einer der seltsamsten Planeten im Sonnensystem, weil er auf der Seite liegt und sich wie ein Huhn am Spieß dreht.

Das Video entstand aus mehr als 1000 Spektren. Sie wurden in über 15 Stunden ständiger Beobachtung aufgenommen, während Uranus rotierte. Dazu diente das Instrument NIRSpec des JWST. Die Daten zeigen, wie sich die Ionosphäre von Uranus verhält. Das ist die ionisierte Schicht der Atmosphäre eines Planeten, die stark mit dem Magnetfeld des Planeten wechselwirkt.

Das rosige Leuchten des Polarlichts zeigt das komplexe Zusammenspiel, das sich aus der gekippten Rotationsachse des Uranus und seiner Magnetachse ergibt. Wolken sehen wir als helle Punkte, die über den Eisriesen wandern. Die Farben von Blau bis Rot zeigen geringe bis große Höhen. So bekommen wir eine brandneue dreidimensionale Ansicht davon, wie Energie über die Atmosphäre des Planeten verteilt wird. Im linken Bild rahmen die Ringe des Uranus alles ein. Es ist der detaillierteste Blick in die Atmosphäre von Uranus, der bisher gelang!

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Webb und Hubble zeigen IC 5332

Die Galaxie IC 5332 wurde vom Weltraumteleskop James Webb abgebildet. Das Bild ist von einer alternativen Ansicht in sichtbarem Licht überlagert. Man sieht sie, wenn man den Mauspfeil über das Bild schiebt. (Smartphones: Link im Text)

Bildcredit: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Lee und die Teams PHANGS-JWST und PHANGS-HST; Text: Cecilia Chirenti (NASA GSFC, UMCP, CRESST II)

Wie sieht das Universum durch eine Infrarot-Brille aus? Unsere Augen nehmen nur sichtbares Licht wahr. Doch Astronom*innen wollen mehr sehen. Das heutige APOD zeigt die Spiralgalaxie IC 5332. Sie wurde von zwei NASA-Weltraumteleskopen aufgenommen: Webb zeigt sie im mittleren Infrarotbereich, Hubble bildete sie im ultravioletten und sichtbaren Licht ab. Schiebt den Mauspfeil über das Bild (oder folgt diesem Link), dann könnt ihr die beiden Ansichten aus dem Weltraum vergleichen.

An Bord von Webb befindet sich das Mid InfraRed Instrument (MIRI). Es muss bei einer extrem frostigen Temperatur von -266 °C betrieben werden, sonst würde es die Infrarotstrahlung messen, die das Teleskop selbst abstrahlt.

Das Hubble-Bild betont die Spiralarme der Galaxie. Sie sind durch dunkle Regionen voneinander getrennt. Das Webb-Bild offenbart dagegen eine feinere, stärker verflochtene Struktur. Interstellarer Staub streut und absorbiert das Licht der Sterne in der Galaxie. Das führt zu den dunklen Staubspuren im Hubble-Bild. Doch derselbe Staub strahlt Wärme im Infrarotlicht ab. Daher leuchtet er auf dem Bild von Webb.

Astronom*innen kombinieren die Beobachtungen der beiden Teleskope. Damit bringen sie die „kleinen Maßstäbe“ von Gas und Sternen in Beziehung mit den wirklich großen Dimensionen der Struktur und der Entwicklung von Galaxien.

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IC 2574: Coddingtons Nebel

Die Zwerggalaxie im Bild ist verzerrt und klein. Doch die vielen rötlichen Regionen darin sind klare Hinweise auf aktive Sternbildung.

Bildcredit und Bildrechte: Dane Vetter

Große Spiralgalaxien ernten scheinbar oft den ganzen Ruhm, denn sie stellen ihre jungen, hellen, blauen Sternhaufen in schönen symmetrischen Spiralarmen zur Schau. Doch auch in kleinen, irregulären Galaxien entstehen Sterne. Die Zwerggalaxie IC 2574 enthält Regionen aus leuchtendem Wasserstoff. Sie sind klare Zeichen intensiver Sternbildung und haben einen typisch rötlichen Farbton.

Sternwinde und Supernova-Explosionen wühlen die turbulenten Gebiete der Sternbildung in IC 2574 auf. Das ist genau wie in Spiralgalaxien. Dabei wird Material in das interstellare Medium der Galaxie geschleudert. Das löst wiederum weitere Sternbildung aus.

IC 2574 ist nur 12 Millionen Lichtjahre entfernt gehört zur M81-Galaxiengruppe. Diese liegt im nördlichen Sternbild Großer Bär (Ursa Major). Die lichtschwache, aber faszinierende Universumsinsel ist auch als Coddington-Nebel bekannt. Sie ist etwa 50.000 Lichtjahre breit. Im Jahr 1898 entdeckte sie der amerikanische Astronom Edwin Coddington.

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NGC 1275 im Perseus-Galaxienhaufen

Viele elliptische Galaxien füllen das Bild, nur einige wenige haben eine Spiralstruktur. In der Mitte ist eine besonders auffällige Galaxie, weil rote und blaue Fäden von ihr ausgehen. Es ist die aktive Galaxie NGC 1275 im Perseus-Galaxienhaufen.

Bildcredit und Bildrechte: Michal Wierzbinski, Hellas-Sky

Die aktive Galaxie NGC 1275 ist das zentrale große Mitglied im großen Perseus-Galaxienhaufen, der relativ nahe ist. Schon im sichtbaren Licht erscheint sie fast „wild“. Die aktive Galaxie ist eine gewaltige Quelle für Röntgenstrahlung und Radiowellen. NGC 1275 sammelt Materie an, indem ganze Galaxien in sie hineinfallen. Sie speisen am Ende ein sehr massereiches Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie.

Dieses scharfe Teleskopbild entstand aus Schmalband-Bilddaten. Sie betonen die galaktischen Trümmer und Filamente aus leuchtendem Gas, die bei dem Tumult entstehen. Einige davon sind bis zu 20.000 Lichtjahre lang. Die Filamente in NGC 1275 bleiben bestehen, obwohl die heftigen galaktischen Kollisionen sie eigentlich zerstören müssten.

Was hält diese Filamente zusammen? Die Aktivität des Schwarzen Lochs drückt die Strukturen vom dem Zentrum der Galaxie nach außen. Es gibt Hinweise aus Beobachtungen, dass Magnetfelder diese Strukturen stabilisieren. NGC 1275 ist auch als Perseus A bekannt. Sie ist mehr als 100.000 Lichtjahre breit und etwa 230 Millionen Lichtjahre entfernt.

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M78: Reflexion in Blau in einem Meer aus Rot

In einem Meer aus roten Nebeln leuchten in der Mitte zwei Reflexionsnebel: M78 und NGC 2071. Links oben verläuft ein Teil der Barnardschleife in Weiß.

Bildcredit und Bildrechte: Daniel McCauley

Im Sternbild Orion befindet sich ein riesiger Komplex aus Molekülwolken. Darin treten mehrere leuchtend blaue Nebel deutlich hervor. Mitten im Bild sind zwei sehr markante Reflexionsnebel. Diese Staubwolken erstrahlen im reflektierten Licht heller Sterne, die darin eingebettet sind. Der bekanntere Nebel ist M78 mitten im Bild. Er wurde schon vor über 200 Jahren katalogisiert. Links darüber liegt der weniger bekannte NGC 2071.

Forschende untersuchen diese Reflexionsnebel ständig, um besser zu verstehen, wie darin Sterne entstehen. Das diffuse rote Leuchten stammt von Wasserstoff. Er bedeckt einen Großteil im Orion-Komplex. Dieser wiederum nimmt weite Teile im Sternbild Orion ein. Der riesige Komplex ist etwa 1.500 Lichtjahre entfernt. In seiner Nähe sind der Orionnebel, der Pferdekopfnebel und die Barnardschleife. Letztere sieht man hier teilweise links oben als weißes Band.

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