Schlagwort: NuSTAR

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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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NuSTAR zeigt die Sonne im Röntgenlicht

Sonne in UV-Licht und Röntgenlicht. Bilder des Röntgensatelliten Nuclear Spectroscopic Telescope Array NuSTAR liefern Hinweise, warum die Zonen über Sonnenflecken so heiß sind.

Bildcredit: NASA, NuSTAR, SDO

Beschreibung: Warum sind die Zonen über Sonnenflecken so heiß?

Sonnenflecken sind etwas kühler als die umgebende Sonnenoberfläche, weil die Magnetfelder, die sie erzeugen, die Aufheizung durch den Strömungstransport verringern. Daher ist es erstaunlich, dass die Regionen darüber – sogar viel höher oben in der Sonnenkorona – hundertmal heißer sein können.

Um herauszufinden, warum das so ist, richtete die NASA das sehr empfindliche Röntgenteleskop des Satelliten Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) im Erdorbit zur Sonne. Dieses Bild zeigt die Sonne in ultraviolettem Licht, die Aufnahmen mit dem Solar Dynamics Observatory (SDO) im Orbit sind rot dargestellt. In Falschfarben-Grün und -Blau wurden Emissionen oberhalb von Sonnenflecken in darübergelegt, die von NuSTAR in verschiedenen Bändern energiereicher Röntgenstrahlen erfasst wurden, diese zeigen Regionen mit extrem hoher Temperatur.

NuSTAR-Bilder wie dieses liefern Hinweise zum Mechanismus der Aufheizung der Sonnenatmosphäre und und werfen ein neues Licht auf solare Nanoflares und Mikroflares als kurze Energieschübe, welche die ungewöhnliche Erwärmung verursachen könnten.

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Arp 299: Schwarze Löcher in kollidierenden Galaxien

Siehe Erklärung. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: NASA, JPL-Caltech, GSFC, Hubble, NuSTAR

Beschreibung: Spuckt nur ein schwarzes Loch energiereiche Strahlung – oder zwei? Um das herauszufinden, richteten Astronomen das NASA-Teleskop NuSTAR im Erdorbit auf die rätselhaften kollidierenden Galaxien Arp 299, welche die Strahlung ausstoßen. Die beiden Galaxien von Arp 299 sind für Millionen Jahre in einem Gravitationskampf gefangen, während ihre zentralen Schwarzen Löcher bald selbst kämpfen werden.

Dieses hoch aufgelöste Bild in sichtbarem Licht wurde von Hubble fotografiert. Das darübergelegte diffuse Röntgenleuchten wurde von NuSTAR abgebildet und ist in Falschfarbenrot, -grün und -blau dargestellt. Die NuSTAR-Beobachtungen zeigen bei nur einem der zentralen Schwarzen Löcher, wie es sich durch eine Region aus Gas und Staub kämpft und dabei Materie absorbiert und Röntgenlicht abstrahlt. Die energiereiche Strahlung stammt nur vom rechten Galaxienzentrum und entsteht sicherlich in der Nähe – jedoch außerhalb – des Ereignishorizonts des zentralen Schwarzen Loches. In Milliarden Jahren bleibt nur eine Galaxienkomponente übrig und nur ein zentrales massereiches Schwarzes Loch. Bald danach stürzt sich jedoch eine andere Galaxie ins Getümmel.

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Hochenergie-Andromeda

Die Andromedagalaxie ist in UV-Licht abgebildet. Darüber wurden Bilddaten in Röntgenlicht gelegt, die Binärsysteme mit Neutronensternen oder Schwarzen Löchern zeigen.

Bildcredit: NASA, JPL-Caltech, GSFC, NuSTAR, GALEX

Die Andromedagalaxie ist etwa 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt. Für eine große Galaxie liegt sie gleich um die Ecke. Man kennt sie auch als M31. Die Bilddaten im eingefügten Teil stammen vom Nuclear Spectrosopic Telescope Array (NuSTAR) der NASA. Sie zeigen die bisher beste Hochenergie-Röntgensicht auf unsere große Nachbarspirale. Dazu gehören etwa 40 extreme Röntgenquellen und Röntgen-Doppelsternsysteme mit einem Schwarzen Loch oder einem Neutronenstern, in deren Umlaufbahn ein gewöhnlicher Begleitstern kreist.

Andromeda ist größer als unsere Milchstraße. Die beiden sind die massereichsten Mitglieder unserer Lokalen Gruppe. Andromeda ist so nahe, dass NuSTAR den Bestand an Röntgen-Binärsystemen im Detail untersuchen kann. Die Daten werden mit denen in unserer Galaxis verglichen. Das Bild im Hintergrund zeigt Andromeda in energiereichem UV-Licht. Es wurde mit dem Galaxy Evolution Explorer (GALEX) der NASA aufgenommen.

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NuSTAR zeigt die Sonne in Röntgenlicht

Die Sonne ist in energiereichem Ultraviolettlicht dargestellt. Aus der roten, gefaserten Oberfläche dringen blau und grün leuchtende Ausbrüche.

Bildcredit: NuSTAR, SDO, NASA

Warum sind Regionen über Sonnenflecken so heiß? Sonnenflecken sind etwas kühler als die umgebende Sonnenoberfläche. Sie entstehen durch Magnetfelder. Diese verringern das Aufheizen durch Konvektion. Es ist also ungewöhnlich, dass Regionen hundertmal heißer sein können. Solche Regionen finden wir sehr hoch oben in der Sonnenkorona.

Warum ist das so? Um das herauszufinden, richtete die NASA das sehr empfindliche Röntgenteleskop des Satelliten NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) zur Sonne.

Oben seht ihr die Sonne in Ultraviolettlicht. Eine Aufnahme des SDO (Solar Dynamics Observatory) ist rot dargestellt. Das Sonnenteleskop SDO umkreist die Erde. Emissionen über den Sonnenflecken wurden in grünen und blauen Falschfarben darüber gelegt. Sie wurden von NuSTAR in anderen energiereichen Wellenlängen von Röntgenlicht gemessen. Diese Frequenzen zeigen Regionen mit extrem hoher Temperatur.

Was erhitzt die Sonnenatmosphäre? Das finden wir wohl nicht allein mit diesem Erstbild heraus. Man vermutet Nano-Eruptionen. Das sind kurze Ausbrüche, die vielleicht zu der ungewöhnlichen Aufheizung führen. Künftige Bilder von NuSTAR sollen diese Nano-Eruptionen finden.

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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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Cas A in sichtbarem Licht und Röntgenlicht

Mitten im Bild ist eine verschwommene, farbige Wolke, umgeben von einem gleichmäßigen Sternenfeld. Die Wolke ist der Überrest der Supernova Cas A.

Bildcredit: Röntgen: NASA, JPL-Caltech, NuSTAR; Optisch: Ken Crawford (Rancho Del Sol Obs.)

Der Supernovaüberrest Cassiopeia A (Cas A) ist das Nachleuchten einer kosmischen Katastrophe. Er ist behagliche 11.000 Lichtjahre entfernt. Das Licht der Supernova Cas A, der finalen Explosion eines massereichen Sterns, erreichte vor 330 Jahren die Erde. Die Trümmerwolke der Explosion dehnt sich immer noch aus. Sie ist etwa 15 Lichtjahre groß und liegt in der Mitte dieses Kompositbildes.

Die Szenerie kombiniert Farbdaten des Sternfeldes und der zarteren Filamente im sichtbaren Licht mit Daten des Röntgenteleskops NuSTAR im Orbit. Die Röntgendaten wurden in blauen Falschfarbtönen abgebildet. Sie zeichnen den zersplitterten äußeren Ring der expandierenden Stoßwelle nach. Die Energie der Stoßwelle ist bis zu 10.000-mal höher ist als die Energie der Photonen im sichtbaren Licht.

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Das Schwarze Loch in der Milchstraße

Das Bild im Hintergrund zeigt das Zentrum der Milchstraße. Ein Einschub in der Bildmitte zeigt eine Vergrößerung davon. Rechts daneben sind drei Bilder eines Lichtausbruchs untereinander gezeigt.

Bildcredit: NASA, JPL-Caltech, Projekt NuSTAR

Das Zentrum unserer Milchstraße ist etwa 27.000 Lichtjahre von uns entfernt. Darin befindet sich ein Schwarzes Loch mit vier Millionen Sonnenmassen. Es wird als Sagittarius A* (gesprochen: Sagittarius A Stern) bezeichnet.

Das Schwarze Loch der Milchstraße ist zum Glück freundlich gestimmt, wenn man es mit Schwarzen Löchern in fernen aktiven Galaxien vergleicht. Es verschlingt die Materie um sich herum mit viel mehr Ruhe. Von Zeit zu Zeit blitzt es jedoch auf.

Kürzlich wurde ein Ausbruch beobachtet, der mehrere Stunden dauerte. Er wurde auf dieser Serie erstklassiger Röntgenbilder des Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) in der Erdumlaufbahn dokumentiert.

NuSTAR startete am 13. Juni ins All. Es ist das erste Teleskop, das scharfe Ansichten der Region um Sgr A* in dem Röntgen-Spektralbereich liefert, der jenseits der Spektralbereiche liegt, die mit den Weltraumteleskopen Chandra und XMM aufgenommen werden können.

Die drei Bildfelder ganz rechts zeigen das kürzliche Aufflackern. Es wurde im Lauf von zwei Beobachtungstagen von NuSTAR beobachtet. Röntgenstrahlen entstehen in Materie, die auf über 100 Millionen Grad Celsius aufgeheizt und die fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird, wenn sie in das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße fällt.

Das groß eingefügte Röntgenbild ist etwa 100 Lichtjahre breit. Die helle, weiße Region darin zeigt die heißeste Materie, die dem Schwarzen Loch am nächsten kommt. Die rosarote Wolke gehört wahrscheinlich zu einem nahe gelegenen Supernovaüberrest.

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