Schlagwort: Akkretionsscheibe

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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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Aussicht in der Nähe eines Schwarzen Lochs

Ein roter Strudel reicht wie ein Trichter in die Tiefe, unten leuchtet eine helle Kugel, von der ein Strahl senkrecht aufsteigt.

Illustrationscredit: April Hobart, CXC

Mitten in einem Strudelbecken aus heißem Gas sitzt wahrscheinlich ein Ungeheuer, das noch nie direkt zu sehen war: ein Schwarzes Loch. Wenn man das helle Licht untersucht, das vom wirbelnden Gas abgestrahlt wird, bietet das häufig nicht nur Hinweise auf ein Schwarzen Lochs, sondern auch auf seine wahrscheinlichen Eigenschaften.

Man fand heraus, dass das Gas um beispielsweise GRO J1655-40 ungewöhnlich flackert. 450 Mal pro Sekunde flackert dieses Gas. Eine frühere Abschätzung der Masse des Objekts im Zentrum ergab sieben Sonnenmassen. Daher kann die Frequenz des schnellen Flackerns durch ein Schwarzes Loch erklärt werden, das sehr schnell rotiert.

Welche physikalischen Mechanismen das Flackern und eine langsamere quasiperiodische Schwingung in Akkretionsscheiben um Schwarze Löcher und Neutronensterne verursacht, wird noch erforscht.

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Die wolkigen Kerne aktiver Galaxien

Bildcredit: NASA / GSFC, W. Steffen (UNAM)

Wie sieht es aus, wenn man ins Zentrum einer aktiven Galaxie reist? Vermutlich enthalten die meisten Galaxienzentren Schwarze Löcher. Sie sind Millionen Mal massereicher als unsere Sonne. Die Räume um diese sehr massereichen Schwarzen Löcher sind wohl alles andere als ruhig. Sie flackern in vielen Farben. Daher trägt die gesamte Objektklasse die Bezeichnung Aktiver Galaxienkern.

Dieses Video zeigt, wie ein aktiver galaktischer Kern aus der Nähe aussehen könnte. Aktive Galaxienkerne besitzen meist massereiche Akkretionsscheiben, die das zentrale Schwarze Loch speisen. Mächtige Strahlen schießen elektrisch geladene Materie weit hinaus ins umgebende Universum.

Wolken aus Gas und Staub kreisen um die zentralen Schwarzen Löcher. In jüngster Zeit erkannte man, dass die Wolken so dicht sind, dass sie sogar die alles durchdringenden Röntgenstrahlen ausblenden können, sodass sie uns nicht erreichen. Solche Trübungen von Röntgenlicht können Stunden oder Jahre dauern. Das wurden bei der Analyse von Daten entdeckt, die in mehr als einem Jahrzehnt vom Rossi–X-ray-Timing-Explorer (RXTE) der NASA gewonnen wurden.

Ist eure Postkarte angekommen? Seht nach!

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Schwere Strahlen eines Schwarzen Lochs in 4U1630-47

Das Bild ist eine Illustration des Sternsystems 4U1630-47. Links in der Mitte ist eine rotierende Scheibe, außen rot, innen gelb. Nach oben und unten schießt senkrecht zur Scheibe ein Strahl heraus. Rechts ist ein großer, blauweißer Stern, von dem Materie zur Akkretionsscheibe fließt.

Illustrationscredit: NASA, CXC, M. Weiss

Woraus bestehen die Strahlen eines Schwarzen Lochs? Viele Schwarze Löcher in Sternsystemen sind vermutlich von Scheiben umgeben. Sie bestehen aus Gas und Plasma, das durch Gravitation von einem nahen Begleitstern abgesaugt wird. Ein Teil dieser Materie wird vom Sternsystem als mächtiger Strahl ausgestoßen, nachdem sie sich dem Schwarzen Loch genähert hat. An den Polen des rotierenden Schwarzen Lochs strömt ein Strahl nach oben und einer nach unten.

Es gibt aktuelle Hinweise, dass diese Strahlen nicht nur aus Elektronen und Protonen bestehen, sondern auch aus den Kernen schwerer Elemente wie Eisen und Nickel. Die Entdeckung wurde im System 4U1630-47 gemacht, und zwar mit einer kompakten Anordnung an Radioteleskopen im Osten Australiens, die von CSIRO betrieben wird, sowie mit dem Satelliten XMM-Newton der Europäischen Weltraumorganisation in der Erdumlaufbahn.

Das Sternsystem 4U1630-47 ist oben künstlerisch dargestellt. Rechts ragt ein großer blauer Stern ins Bild. Von einem Schwarzen Loch im Zentrum der Akkretionsscheibe links strömen Strahlen nach oben und unten. Das Sternsystem 4U1630-47 enthält vermutlich nur ein kleines Schwarzes Loch mit wenigen Sonnenmassen. Trotzdem ist die Schlussfolgerung aus dieser Beobachtung bedeutsam, nämlich dass auch größere Schwarze Löcher Strahlen mit massereichen Kernen ins Universum ausstoßen.

Klick in den Hyperraum: APOD-Zufallsgenerator

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Rotationsbeschleunigung eines massereichen Schwarzen Lochs

Das Bild zeigt eine schräg liegende orange beleuchtete Akkretionsscheibe, aus der Mitte strömt ein blau leuchtender Jet.

Illustrations-Credit: Robert Hurt, NASA/JPL-Caltech

Wie schnell kann ein Schwarzes Loch rotieren? Wenn sich ein Objekt aus normaler Materie zu schnell dreht, bricht es auseinander. Doch ein Schwarzes Loch sollte nicht auseinanderbrechen können – und seine maximale Rotationsgeschwindigkeit ist tatsächlich nicht bekannt.

Theoretiker* modellieren schnell rotierende Schwarze Löcher üblicherweise mit der Kerr-Metrik zu Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Diese sagt mehrere überraschende und ungewöhnliche Dinge vorher. Die vielleicht am einfachsten nachprüfbare Prognose besagt, dass Materie, die in ein mit maximaler Geschwindigkeit rotierendes Schwarzes Loch fällt, zuletzt sichtbar sein sollte, wenn sie das Schwarze Loch fast mit Lichtgeschwindigkeit umkreist. Das sollte man aus großer Entfernung beobachten können.

Diese Prognose wurde kürzlich mit den Satelliten NuSTAR der NASA und XMM der ESA untersucht. Dafür wurde das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Spiralgalaxie NGC 1365 beobachtet.

Die Grenze nahe der Lichtgeschwindigkeit wurde bestätigt, indem man die Aufheizung und die Verbreiterung der Spektrallinien von Kernemissionen nahe dem inneren Rand der Akkretionsscheibe vermaß.

Die künstlerische Darstellung oben zeigt eine Akkretionsscheibe aus normaler Materie, die um ein Schwarzes Loch wirbelt, und einen Strahl, der aus der Oberseite strömt. Materie, die zufällig in das Schwarze Loch fällt, sollte die Rotation eines Schwarzen Lochs nicht so stark beschleunigen. Daher bestätigen die Messungen von NuSTAR und XMM auch die Existenz der umgebenden Akkretionsscheibe.

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