Schlagwort: Akkretionsscheibe

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Animation: Spiralscheibe um ein schwarzes Loch


Bildcredit: ESA, NASA, Hubble, M. Kornmesser

Beschreibung: Was sieht man, wenn man ein Schwarzes Loch umkreist? Viele Schwarze Löcher sind von wirbelnden Gasansammlungen umgeben, die als Akkretionsscheiben bezeichnet werden. Diese Scheiben können extrem heiß sein, und ein großer Teil des umkreisenden Gases fällt irgendwann durch den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs – von wo es nie wieder auftaucht.

Diese Animation ist eine künstlerische Darstellung der seltsamen Scheibe, die spiralförmig um das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Spiralgalaxie NGC 3147 wirbelt. Gas am inneren Rand dieser Scheibe kommt dem Schwarzen Loch so nahe, dass es sich ungewöhnlich schnell bewegt – mit 10 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. So schnelles Gas leuchtet relativistisch – dadurch erscheint die Seite der Scheibe, die sich auf uns zubewegt, deutlich heller als die Seite, die sich von uns entfernt. Diese Animation basiert auf Bildern von NGC 3147, die kürzlich mit dem Weltraumteleskop Hubble gemacht wurden.

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N6946-BH1: Der Fall eines fehlenden Sterns

Das Bild ist zweigeteilt. Links im älteren Bild ist ein heller Stern erkennbar, der im rechten, neueren Bildteil verschwunden ist. Die Stelle ist jeweils mit einem blauen Kreis markiert.

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble, C. Kochanek (OSU)

Was passiert mit dem Riesenstern N6946-BH1? Vor ein paar Jahren war er da. Hubble fotografierte ihn. Nun ist dort nur noch ein blasses Leuchten. Noch seltsamer ist, dass es keine helle Supernova gab, obwohl der Stern einige Monate lang deutlich heller wurde.

N6946-BH1 enthält etwa 25 Sonnenmassen. Die führende Theorie besagt, dass die starke Gravitation bei seinem finalen stürmischen Kampf den Großteil des Sterns zusammenhielt. Danach versank ein Großteil des Sterns in einem hausgemachten Schwarzen Loch. Falls dem so ist, entstand wohl aus allem, was außerhalb des Schwarzen Lochs übrig blieb, eine Akkretionsscheibe. Sie strahlt vergleichsweise blasses Infrarotlicht ab und wirbelt herum, ehe sie hineinfällt.

Falls sich diese finale Entwicklung am Ende bei anderen Sternen bestätigt, wäre das ein direkter Hinweis, dass ein sehr massereicher Stern seine Existenz eher mit einem Wimmern als mit einem Knall beendet.

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Ein Schwarzes Loch mit Strahl wächst

Ein wirbelnder Strudel aus ominösen Wolken leuchtet in der Mitte schwach rötlich. Von dort strömt ein schmaler Strahl heraus. Das Bild ist eine Illustration.

Illustrationscredit: NASA, Swift, Aurore Simonnet (Sonoma State U.)

Was passiert, wenn ein Schwarzes Loch einen Stern verschlingt? Viele Details sind noch unbekannt. Doch neue Beobachtungen liefern neue Hinweise. 2014 beobachteten die Roboterteleskope des Projekts ASAS-SN auf der Erde eine mächtige Explosion. ASAS-SN ist die automatisierte Suche am ganzen Himmel nach Supernovae.

Diese Explosion wurde mit den Instrumenten des NASA-Satelliten Swift im Erdorbit weiter verfolgt. Aus den Emissionen, die man beobachtete, wurden Computermodelle erstellt. Sie passen zu einem Stern, der von einem fernen Schwarzen Loch, das viel Masse enthält, auseinander gerissen wird. Diese künstlerische Darstellung zeigt das mögliche Ergebnis so einer Kollision.

Das Schwarze Loch ist der winzige schwarze Punkt in der Mitte. Wenn Materie ins Loch fällt, kollidiert sie mit anderer Materie und erhitzt sich. Eine Akkretionsscheibe aus heißer Materie umgibt das Schwarze Loch. Sie war einst der Stern. Aus der Rotationsachse des Schwarzen Lochs strömt ein Strahl.

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Reflexionen auf vdB 31

Rechts im Bild leuchtet ein blauer Nebelschleier um einen hellen Stern, vor dem restlichen Sternenhintergrund ist ein Dunkelnebel erkennbar.

Bildcredit und Bildrechte: Adam Block, Mt. Lemmon SkyCenter, U. Arizona

Der schöne blaue Nebel vdB 31 ist das 31. Objekt in Sidney van den Berghs Katalog der Reflexionsnebel aus dem Jahr 1966. Er reitet hoch oben im Sternbild Fuhrmann und teilt dieses gut komponierte himmlische Stillleben mit dunklen, undurchsichtigen Wolken. Diese sind in Edward E. Barnards Katalog dunkler Markierungen am Himmel aus dem Jahr 1919 erfasst.

Sie alle sind interstellare Staubwolken. Im Fall von Barnards Dunkelnebeln verdecken sie das Licht von Sternen im Hintergrund. In vdB 31 reflektiert der Staub vorwiegend das bläuliche Sternenlicht des heißen veränderlichen Sterns AB Aurigae, der in den Nebel eingebettet ist.

Als man die Umgebung von AB Aurigae mit dem Weltraumteleskop Hubble erforschte, zeigte sich, dass der einige Millionen Jahre junge Stern von einer flachen Staubscheibe umgeben ist. Es gibt Hinweise, dass dort ein Planetensystem entsteht. AB Aurigae ist ungefähr 470 Lichtjahre entfernt. In dieser Distanz wäre diese kosmische Leinwand etwa vier Lichtjahre breit.

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ALMA zeigt, wie ein Dreifachstern entsteht

Mitten im Bild schwebt eine stark verschwommene orangefarbene Scheibe mit Spiralstruktur. Sie enthält mehrere helle Flecken, vermutlich sind das Protosterne.

Bildcredit und Bildrechte: Bill Saxton, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NRAO/AUI/NSF; Publikation: John Tobin (Univ. Oklahoma/Leiden) et al.

Hier entsteht ein Dreifachsternsystem. Es ist etwa 750 Lichtjahre entfernt und liegt in der Perseus-Molekülwolke. Noch ist es in eine staubhaltige Scheibe gehüllt. Die extreme Nahaufnahme entstand in Millimeter-Wellenlängen mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile. Sie zeigt zwei Protosterne, die ungefähr 61 AE voneinander entfernt sind. 1 AE ist eine Astronomische Einheit, das ist die Entfernung zwischen Erde und Sonne. Ein dritter Protostern ist ungefähr 183 AE vom zentralen Protostern entfernt.

Das Bild von ALMA zeigt auch eine deutliche Spiralstruktur. Das lässt vermuten, dass in der Scheibe mehrere protostellare Objekte entstanden sind, indem die Scheibe instabil und fragmentiert wurde. Das System ist als L1448 IRS3B katalogisiert. Sternforschende schätzen, dass es weniger als 150.000 Jahre alt ist. Die Szene der Sternbildung wurde in einer frühen Phase abgebildet. Sie ist wahrscheinlich nicht ungewöhnlich, weil fast die Hälfte aller sonnenähnlichen Sterne mindestens einen Begleiter hat.

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Herbig-Haro 24

Hinter beleuchteten Staubwolken ist ein Herbig-Haro-Objekt mit einer Akkretionsscheibe verborgen. Daraus schießen zwei Strahlen hervor, die nach oben und unten verlaufen. Entlang der Ströme bilden sich Knoten.

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

Es sieht aus wie ein Doppellichtschwert. Diese beiden kosmischen Materiestrahlen strömen von einem neuen Stern in einer nahen Galaxis aus. Die atemberaubende Szene wurde aus Bilddaten des Weltraumteleskops Hubble konstruiert. Sie zeigt etwa ein halbes Lichtjahr im Objekt Herbig-Haro 24 (HH 24).

Das Objekt ist ungefähr 1300 Lichtjahre oder 400 Parsec entfernt und liegt in den Sternschmieden des Molekülwolkenkomplexes Orion B. Der zentrale Protostern von HH 24 ist vor direkter Sicht verborgen. Er ist von kaltem Staub und Gas umgeben, der zu einer rotierenden Akkretionsscheibe abgeflacht ist. Aus der Scheibe fällt Materie auf das junge stellare Objekt und wird aufgeheizt.

Entlang der Rotationsachse des Systems werden Ströme ausgestoßen. Sie liegen einander gegenüber. Die schmalen, energiereichen Ströme schneiden durch die interstellare Materie in der Region und bilden auf ihrem Pfad leuchtende Stoßfronten in Serie.

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Massereiches Schwarzes Loch zerfetzt einen Stern

Rechte am Illustrationsvideo: Raumfahrtzentrum Goddard der NASA, CI Lab

Was passiert, wenn ein Stern einem Schwarzen Loch zu nahe kommt? Kürzlich beobachteten Weltraumteleskope ein Ereignis im Zentrum einer fernen Galaxie. Es wird als ASASSN-14li bezeichnet. Anscheinend erzählt es die zermürbende Geschichte eines Sterns. Zwar konnte es nicht genau beobachtet werden. Doch die Schwankungen im energiereichen Licht lassen vermuten, dass ein Teil des Sterns zerfetzt wurde. Außerdem entstand eine wirbelnde Scheibe um den dunklen Abgrund.

Die Video-Animation zeigt das mögliche Szenario. Ein Strahl läuft die Rotationsachse des Schwarzen Lochs entlang. Der weiße, innerste Teil der Scheibe leuchtet im Röntgenlicht am hellsten. Er treibt vielleicht einen periodischen, blau dargestellten Wind an.

In Röntgen- und Ultraviolettlicht wird in Zukunft beobachtet, wie Sterne von Schwarzen Löchern zerstört werden. Das passiert auch im Zentrum der Milchstraße. Diese Beobachtungen versprechen mehr Information zur komplexen Dynamik, die sich in einigen der heißesten Orte mit der stärksten Gravitation im Universum entwickelt.

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Kataklysmische Dämmerung

Hinter einem Gewässer, auf das man aus einer Höhle hinausblickt, strahlt am Horizont ein energiereiches Gebilde, das den Himmel rot färbt. Ein Strahl reicht nach oben zu einer Akkretionsscheibe. Links und rechts von dem Strahl sind die Sicheln von Himmelskörpern zu sehen.

Illustrationscredit und Bildrechte: Mark A. Garlick (Space-art.co.uk)

Bringt diese Dämmerung eine neue Nova? Das überlegen vielleicht Menschen in der Zukunft, wenn sie auf einem Planeten in einem kataklysmisch veränderlichen Doppelsternsystem leben.

Bei kataklysmischen Veränderlichen fließt Gas von einem großen Stern in eine Akkretionsscheibe, die um einen massereichen, kompakten weißen Zwergstern kreist. Wenn ein Klumpen Gas in der Akkretionsscheibe über eine gewisse Temperatur erhitzt wird, können explosive kataklysmische Ereignisse wie eine Zwergnova stattfinden. Dabei fällt der Klumpen schneller auf den Weißen Zwerg und landet mit einem hellen Blitz.

Eine Zwergnova zerstört keinen der beide Sterne. Zwergnovae können in unregelmäßigen Zeitabständen stattfinden. Das können wenige Tagen bis zu zehn Jahre sein. So eine Nova setzt weniger Energie frei als eine Supernova.

Doch wenn wiederholte Novae nicht heftig genug sind, um mehr Gas auszustoßen, als von außen einfällt, sammelt sich Materie auf dem Weißen Zwergstern an. Schließlich überschreitet der Weiße Zwerg die Chandrasekhargrenze. Dann bietet eine Höhle wie jene im Vordergrund wohl wenig Schutz, denn der ganze Weiße Zwerg explodiert als gewaltige Supernova.

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