Schlagwort: Akkretionsscheibe

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WISPIT 2b: Exoplanet reißt Lücke in Entstehungsscheibe

Um einen verdeckten Stern kreist eine diffuse helle Scheibe mit einer markanten Lücke. In dieser Lücke ist ein Planet.

Bildcredit: ESO, VLT, SPHERE; Bearbeitung und Bildrechte: ESO, Richelle van Capelleveen (Leiden Obs.) et al.; Text: Ogetay Kayali (MTU)

Der gelbe Punkt – was ist das? Ein junger Planet außerhalb unseres Sonnensystems. Dieses Bild des Very Large Telescope in Chile zeigt überraschenderweise eine ferne Szene, die stark an die Entstehung unseres Sonnensystems erinnert, vor etwa 4,5 Milliarden Jahren. Wir können zwar nicht in die Vergangenheit blicken, um die Entstehung der Erde direkt zu sehen. Doch mit Teleskopen beobachten wir, wie sich ähnliche Prozesse bei fernen Sternen entwickeln.

Mitten im Bild ist ein junger sonnenähnlicher Stern. Er ist hinter einem Koronagrafen verborgen, der seinen hellen Glanz abdeckt. Um den Stern kreist eine helle, staubige protoplanetare Scheibe. Sie enthält das Rohmaterial für Planeten. Spalte und konzentrische Ringe markieren den Orbit, wo eine neu entstandene Welt mit ihrer Gravitation Gas und Staub ansammelt. Auf ihrer Bahn um den Stern räumt sie den Weg frei.

Forschende der Astronomie bildeten zwar auch schon früher Planeten ab, die in Scheiben gebettet sind. Doch diese Beobachtung ist die allererste eines Exoplaneten, der aktiv eine Lücke in eine Scheibe rammt. Es ist der früheste direkte Blick auf aktive planetare Bildhauerei.

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Webb zeigt den komplexen planetarischen Nebel NGC 6072

Der planetarische Nebel NGC 5072 ist hier sehr detailreich dargestellt. Er vermittelt den Eindruck einer Explosion, seine braunrot leuchtenden Fasern bilden ein engmaschiges Netz.

Bildcredit: NASA, ESA, CSA, STScI, JWST

Warum ist dieser Nebel so komplex? Das James-Webb-Weltraumteleskop hat eine detaillierte Aufnahme des Nebels NGC 6072 gemacht. Wahrscheinlich war er zuvor ein sonnenähnlicher Stern. Mit seinem Aussehen ist NGC 6072 ein eher ungewöhnlicher Vertreter eines planetarischen Nebels.

Dieses Bild wurde im Infrarotlicht aufgenommen. Kühler Wasserstoff wird hier in roter Farbe dargestellt.

Untersuchungen früherer Aufnahmen zeigen, dass es gleich mehrere Materieausflüsse und auch zwei Scheiben aus verwirbeltem Gas geben muss. Das Webb-Bild deckt weitere Details auf. Dazu gehört auch der Rand einer Scheibe, der in der Mitte des linken Bildrands deutlich zu sehen ist.

Die führende Hypothese der Entstehung besagt, dass das komplexe Aussehen von einem weiteren Stern nahe beim Zentrum verursacht wird. Ein Begleiter in solchen Mehrfach-Sternsystemen prägt mit mehreren Ausbrüchen das Erscheinungsbild dieser planetarischen Nebel.

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Herbig-Haro 24

In der Mitte der teils dunklen, teils orange-braunen Nebelwolken leuchtet ein helles Objekt. Links daneben strömen zwei Strahlen hinter einer dunklen Wolke hervor, einer nach oben, der andere nach unten.

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble-Archiv (STScI / AURA) / Hubble-Europa-Kooperation; Danksagung: D. Padgett (GSFC), T. Megeath (Univ. Toledo), B. Reipurth (Univ. Hawaii)

HH 24 erinnert an ein Lichtschwert mit Doppelklinge. Doch es sind zwei kosmische Strahlen, die aus einem neu entstandenen Stern strömen. Er befindet sich in der Galaxis in unserer Nähe. Die faszinierende Szene entstand aus Bilddaten des Weltraumteleskops Hubble. Sie zeigt etwa ein halbes Lichtjahr von Herbig-Haro 24 (HH 24). Das Objekt ist an die 1300 Lichtjahre bzw. 400 Parsec entfernt.

HH 24 liegt in der Sternschmiede im Molekülwolkenkomplex Orion B. Das Objekt ist vor direkter Sicht verborgen. Der Protostern im Zentrum von HH 24 ist von kaltem Staub und Gas umgeben, das zu einer rotierenden Akkretionsscheibe abflachte. Wenn Materie aus der Scheibe zum jungen stellaren Objekt fällt, wird sie aufgeheizt.

Strahlströme werden in der Rotationsachse des Systems ausgeschleudert. Sie zeigen in entgegengesetzte Richtungen und schneiden durch die interstellare Materie in der Region. Die engen, energiereichen Strahlen erzeugen in ihren Strömungskanälen Serien aus leuchtenden Stoßfronten.

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IXPE erforscht einen Strahl aus einem Schwarzen Loch

Ein weißer wirbelnder Strahl steigt auf und endet in einer gelb-orange-roten Scheibe, die um ein Schwarzes Loch rotiert.

Illustrationscredit: NASA, Pablo Garcia

Wie erzeugen Schwarze Löcher Röntgenstrahlung? Diese Frage stellt man sich seit Langem. Kürzlich kam man der Antwort durch Daten des NASA-Satelliten IXPE erheblich näher. Röntgenstrahlen können nicht aus einem Schwarzen Loch austreten. Sie können aber in der energetischen Umgebung in der Nähe entstehen, vor allem durch einen Strahl von Teilchen, die sich nach außen bewegen.

Die Galaxie BL Lac ist ein Blazar. Als man das Röntgenlicht in der Nähe des sehr massereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie BL Lac beobachtete, stellte man fest, dass diese Röntgenstrahlen keine eindeutige Polarisation aufweisen. Das ist zu erwarten, wenn sie eher von energiereichen Elektronen als von Protonen erzeugt werden.

Die künstlerische Illustration zeigt einen starken Strahl. Er geht von einer orangefarbenen Akkretionsscheibe aus, die das Schwarze Loch umkreist. Wenn man hochenergetische Prozesse im Universum besser versteht, hilft uns das, ähnliche Prozesse auf unserer Erde oder oder in ihrer Nähe zu verstehen.

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Die doppelt gekrümmte Welt binärer Schwarzer Löcher

Quelle der wissenschaftlichen Visualisierung: NASA, GSFC, Jeremy Schnittman und Brian P. Powell; Text: Francis J. Reddy

Wenn ein Schwarzes Loch seltsam aussieht, wie seltsam sind dann erst zwei? HIer kreist ein Paar supermassereicher Schwarzer Löcher umeinander. Die detaillierte Computeranimation zeigt, wie sich Lichtstrahlen aus ihren Akkretionsscheiben ihren Weg durch die gekrümmte Raumzeit bahnen, die von extremer Gravitation erzeugt wird.

Die simulierten Akkretionsscheiben sind in Falschfarben dargestellt. Rot für die Scheibe um ein Schwarzes Loch mit 200 Millionen Sonnenmassen, Blau für die Scheibe um ein Schwarzes Loch mit 100 Millionen Sonnenmassen. Bei diesen Massen würden allerdings beide Akkretionsscheiben das meiste Licht im Ultraviolett abstrahlen.

Das Video zeigt uns jedes der Schwarzen Löcher gleichzeitig von beiden Seiten. Rotes bzw. blaues Licht von beiden Schwarzen Löchern ist im innersten Ring zu sehen. Dieser Ring wird Photonensphäre genannt. Er liegt nahe an den Ereignishorizonten.

In den vergangenen zehn Jahren entdeckte man Gravitationswellen von kollidierenden Schwarzen Löchern. Doch das Verschmelzen supermassereicher Schwarzer Löcher konnte bisher noch nicht nachgewiesen werden.

Bei der NASA ist Woche der Schwarzen Löcher!

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Aufwirbeln eines sehr massereichen Schwarzen Lochs

Eine Akkretionsscheibe um ein Schwarzes Loch wirbelt schräg im Bild. Nach links oben steigt ein wirbelnder blauer, transparenter Strahl auf. Mitten in der Akkretionsscheibe ist eine schwarze Kugel.

Illustrationscredit: Robert Hurt, NASA/JPL-Caltech

Wie schnell kann ein Schwarzes Loch rotieren? Wenn ein Objekt aus normaler Materie zu schnell rotiert, zerbricht es. Doch ein Schwarzes Loch kann vielleicht gar nicht brechen. Und seine maximale Rotationsgeschwindigkeit ist tatsächlich unbekannt. Für gewöhnlich werden schnell rotierende Schwarze Löcher mit der Kerr-Lösung zu Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie modelliert. Das führt zu mehreren erstaunlichen, ungewöhnlichen Vorhersagen.

Eine Prognose sollte man relativ einfach überprüfen können: Man beobachtet dazu aus großer Entfernung, wie Materie in ein Schwarzes Loch fällt, das mit maximaler Geschwindigkeit rotiert. Die Materie sollte man zuletzt sehen, wenn sie fast mit Lichtgeschwindigkeit um das Schwarze Loch kreist.

Diese Vorhersage wurde mit den Satelliten NuSTAR der NASA und XMM der ESA geprüft. Sie beobachteten das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Spiralgalaxie NGC 1365. Die Grenze nahe der Lichtgeschwindigkeit wurde bestätigt. Dazu wurden die Aufheizung und die Spektrallinien-Verbreiterung von Kernemissionen am inneren Rand der Akkretionsscheibe gemessen.

Die künstlerische Illustration zeigt eine Akkretionsscheibe aus normaler Materie. Sie wirbelt um ein Schwarzes Loch. Oben strömt ein Strahl aus. Materie, die zufällig in ein Schwarzes Loch fällt, sollte dieses nicht so stark beschleunigen. Daher bestätigen die Messungen von NuSTAR und XMM auch die Existenz der umgebenden Akkretionsscheibe.

Bei der NASA ist Woche der Schwarzen Löcher!

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Webb zeigt protostellare Ausflüsse in Serpens

In einem dunkelbraunen Nebel leuchten hellgelbe Gebiete, die von rötlichem Licht umgeben sind. Man erkennt Akkretionsscheiben um junge Sterne und Materieströme, die senkrecht aus den Akkretionsscheiben schießen.

Bildcredit: NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (NASA-JPL), Joel Green (STScI)

Diese Nahaufnahme des Serpensnebels entstand mit dem James-Webb-Weltraumteleskop. Materiestrahlen strömen aus neu entstandenen Sternen. Die mächtigen protostellaren Ausflüsse sind bipolar. Das bedeutet, dass Zwillingsstrahlen in entgegengesetzte Richtungen senkrecht aus den Akkretionsscheiben strömen, welche um die kollabierenden Jungsterne rotieren.

Das NIRcam-Bild zeigt Strahlung von molekularem Wasserstoff und Kohlenmonoxid in rötlichen Farbtönen. Die Strahlung entsteht, wenn die Ausflüsse auf Gas und Staub in der Umgebung treffen.

Das scharfe Bild zeigt erstmals, dass die einzelnen Ausflüsse im Serpensnebel allgemein in dieselbe Richtung zeigen. Dieses Ergebnis wurde erwartet. Es trat aber jetzt erst auf Webbs detailreicher Abbildung der aktiven jungen Sternbildungsregion klar zutage.

Die helleren Sterne im Vordergrund zeigen Webbs typische Beugungsspitzen. Die Entfernung des Serpensnebels wird auf 1300 Lichtjahre geschätzt. Die kosmische Nahaufnahme ist etwa ein Lichtjahr breit.

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Animation: Schwarzes Loch vernichtet Stern

Video-Illustrationscredit: DESY, Labor für Wissenschaftskommunikation

Was passiert, wenn ein Stern einem Schwarzen Loch zu nahe kommt? Das Schwarze Loch kann ihn zerreißen – aber wie? Nicht seine starke Anziehungskraft ist das Problem, sondern der Unterschied der Gravitationswirkung an verschiedenen Seiten des Sterns.

Das hier gezeigte animierte Video illustiert diese Zerreißprobe: Zuerst sieht man einen Stern, der sich einem Schwarzen Loch nähert. Während seine Umlaufgeschwindigkeit ansteigt, wird die äußere Atmosphäre des Sterns bei der größten Annäherung abgerissen.

Ein großer Anteil der Sternatmosphäre entweicht in die Tiefen des Alls, aber ein anderer Anteil kreist weiterhin um das Schwarze Loch und bildet eine Akkretionsscheibe.

Dorthin führt uns die Animation im Folgenden. Während wir uns zum Schwarzen Loch umsehen, nähern wir uns der Akkretionsscheibe. Aufgrund der seltsamen visuellen Effekten von Gravitationslinsen kann man sogar die Rückseite der Akkretionsscheibe sehen. Schließlich schauen wir entlang der Jets, die entlang der Rotationsachse ausgestoßen werden. Modellrechnungen der theoretischen Astrophysik zeigen, dass diese Jets nicht nur hochenergetisches Gas auswerfen, sondern auch hochenergetische Neutrinos. Eins davon könnte kürzlich auf der Erde gesehen worden sein.

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Heute vor 29 Jahren wurde das erste APOD veröffentlicht

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