Schlagwort: Röntgen

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Viele Singularitäten im Galaktischen Zentrum

Ein lila Nebel mit heller Mitte schimmert vor dunklem Grund. Viele kleine Lichtquellen sind mit roten und gelben Kreisen markiert. Die roten Kreise zeigen Doppelsysteme mit einem Schwarzen Loch. In der Mitte ist das Zentrum der Milchstraße, es ist mit Sgr A* beschriftet.

Bildcredit: NASA/CXC / Columbia Univ./ C. Hailey et al.

Kürzlich ergab eine informelle Studie, dass Astronomys noch keinen guten Sammelbegriff für Gruppen Schwarzer Löcher haben. Doch wir brauchen einen.

Das Bild stammt vom Röntgenteleskop Chandra. Die roten Kreise markieren eine Gruppe aus einem Dutzend Schwarzer Löcher in Doppelsternsystemen. Sie besitzen etwa 5 bis 30 Sonnenmassen und schwärmen ungefähr 3 Lichtjahre entfernt um das Zentrum der Milchstraße. Diese enthält ein sehr massereiches Schwarzes Loch. Es hat die Bezeichnung Sagittarius A* (Sgr A*). Die gelb eingekreisten Röntgenquellen sind wahrscheinlich Neutronensterne oder weiße Zwergsterne in Doppelsystemen mit weniger Masse.

Einzelne Schwarze Löcher sind unsichtbar. Doch in Doppelsystemen ziehen sie Materie von einem normalen Begleitstern ab. Dabei entsteht Röntgenstrahlung. Beim galaktischen Zentrum erkennt man Schwarze Löcher nur als punktförmige Röntgenquellen. Chandra kann nur die helleren dieser Doppelsysteme erkennen. Das ist ein Hinweis, dass es dort Hunderte schwächerer Doppelsysteme mit Schwarzen Löchern geben muss, die man aber noch nicht entdeckt hat.

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Unerwartete Röntgenstrahlen vom Perseus-Galaxienhaufen

Mitten im Bild strahlt ein helles Licht. Es ist von einem violetten Schimmer umgeben, noch weiter außen verläuft ein breiter, dunkelblauer ovaler Ring. Im Bild sind einige Sterne und Galaxien verteilt.

Bildcredit: Röntgen: NASA/CXO/Oxford University/J. Conlon et al.; Radio: NRAO/AUI/NSF/Univ. of Montreal/Gendron-Marsolais et al.; Optisch: NASA/ESA/IoA/A. Fabian et al.; DSS

Warum leuchtet der Galaxienhaufen im Perseus so seltsam in einer bestimmten Wellenlänge von Röntgenlicht? Das ist nicht bekannt. Eine viel diskutierte Hypothese besagt, dass diese Röntgenstrahlen ein Hinweis auf die lange gesuchte Form Dunkler Materie sind. Das Rätsel dreht sich um eine Röntgenfarbe von 3,5 Kiloelektronenvolt (KeV). Sie leuchtet anscheinend nur dann stark, wenn man Bereiche weit außerhalb vom Haufenzentrum beobachtet. Im Bereich um das zentrale, sehr massereiche Schwarze Loch, das sich wahrscheinlich dort befindet, gibt es nur wenig 3,5 KeV-Röntgenstrahlung.

Ein ziemlich umstrittener Lösungsvorschlag lautet, dass es sich um etwas handeln könnte, das man nie zuvor sah: fluoreszierende Dunkle Materie (FDM). Diese Art Dunkler Teilchenmaterie könnte 3,5-KeV-Röntgenstrahlung absorbieren. Falls dem so ist, strahlt FDM nach Absorption dieses Röntgenlicht vielleicht später aus dem ganzen Haufen ab. Dabei entsteht eine bestimmte Emissionslinie. Sieht man sie jedoch vor der Zentralregion um das Schwarze Loch, müsste die Absorption von FDM deutlicher ausfallen und eine Absorptionslinie erzeugen.

Das Kompositbild zeigt den Galaxienhaufen im Perseus. Sichtbares Licht und Radiolicht leuchten rot. Das Röntgenlicht wurde vom Weltraumobservatorium Chandra aufgenommen. Es ist blau dargestellt.

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Cassiopeia A wiederverwerten

Die verworrene leuchtende runde Wolke im Bild ist der Überrest einer Supernova. Er ist als Cassiopeia A bekannt. Das Bild wurde mit dem Röntgenobservatorium Chandra im Weltraum aufgenommen.

Bildcredit: NASA, CXC, SAO

Die massereichen Sterne in der Milchstraße haben eine spektakuläre Existenz. Erst kollabieren sie aus riesigen kosmischen Wolken. Dann zünden ihre Kernbrennöfen. Durch Kernfusion entstehen im Inneren schwere Elemente. Nach ein paar Millionen Jahren explodiert das angereicherte Material und wird in den interstellaren Raum gesprengt. Dort kann die Sternbildung von Neuem beginnen.

Diese expandierende Trümmerwolke ist als Cassiopeia A bekannt. Sie ist ein Beispiel für diese Schlussphase im stellaren Zyklus. Das Licht der Explosion, die diesen Überrest einer Supernova erzeugte, war erstmals vor etwa 350 Jahren am Himmel des Planeten Erde zu sehen. Doch das Licht brauchte etwa 11.000 Jahre, um zu uns zu gelangen.

Dieses Bild ist in Falschfarben dargestellt. Es stammt vom Röntgen-Observatorium Chandra und zeigt die Fasern und Knoten im Überrest Cassiopeia-A, die noch heiß sind. Die energiereiche Strahlung bestimmter Elemente wurden farbcodiert. Silizium ist rot gefärbt, Schwefel ist gelb, Kalzium grün und Eisen violett. So erkennt man die Wiederverwertung von Sternenstaub in unserer Galaxis besser. Die Explosionswelle breitet sich immer noch aus. Es ist der blaue äußere Ring.

Das scharfe Röntgenbild ist in der geschätzten Entfernung von Cassiopeia A etwa 30 Lichtjahre breit. Nahe der Mitte ist ein heller Fleck. Es ist ein Neutronenstern, also der unglaublich dichte kollabierte Überrest des massereichen Sternkerns.

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Zwei Schwarze Löcher tanzen in 3C 75

Vor einem blauen Nebel stömen von zwei hellen Lichtquellen rosafarbene, nebelartige Strahlen aus, die nach links gefegt wirken.

Bildcredit: Röntgen: NASA/CXC/D. Hudson, T. Reiprich et al. (AIfA); Radio: NRAO/VLA/ NRL

Was geschieht im Zentrum der aktiven Galaxie 3C 75? Dieses Kompositbild entstand aus Röntgendaten (blau) und Radiowellenlängen (rosarot). In der Mitte sind zwei helle Quellen. Es sind zwei sehr massereiche Schwarze Löcher, die einander umkreisen. Sie speisen die gewaltige Radioquelle 3C 75. Die massereichen Schwarzen Löcher sind 25.000 Lichtjahre voneinander entfernt. Das Gas, das sie umgibt, ist viele Millionen Grad heiß. Es strahlt Röntgenlicht ab.

Die Schwarzen Löcher befinden sich in den Kernen zweier Galaxien im Galaxienhaufen Abell 400, die miteinander verschmelzen. Sie stoßen Strahlen aus relativistischen Teilchen aus. Ihre Distanz zu uns beträgt etwa 300 Millionen Lichtjahre. Man vermutet, dass die beiden Schwarzen Löcher durch Gravitation in einem Binärsystem aneinander gebunden sind. Wahrscheinlich entsteht die einheitlich zurückgefegte Erscheinung der Strahlen, weil sie sich gemeinsam bewegen. Sie rasen mit 1200 Kilometern pro Sekunde durch das heiße Gas im Haufen.

In der Umgebung dicht gedrängter Galaxienhaufen im fernen Universum gibt es wohl viele so spektakuläre kosmische Verschmelzungen. Kurz bevor die Objekte verschmelzen, stoßen sie starke Gravitationswellen aus.

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Supernovaüberrest Puppis A

Im Bild verlaufen zart schimmernde graublaue Nebelfetzen. Dazwischen sind leuchtend rote Flecken verteilt. Der Hintergrund ist von Sternen übersät.

Bildcredit und Bildrechte: Don Goldman

Der Supernovaüberrest Puppis A entstand, als ein massereicher Stern explodierte. Er breitet sich in das interstellare Medium aus, das ihn umgibt. Das farbige Teleskopfeld entstand aus optischen Bilddaten, die mit Breit- und Schmalbandfiltern gewonnen wurden. Puppis A ist etwa 7000 Lichtjahre entfernt. In dieser Distanz ist das Bild etwa 60 Lichtjahre breit.

Der Überrest der Supernova leuchtet rechts oben. Er breitet sich in seiner klumpigen Umgebung aus, die nicht homogen ist. Komprimierte Fasern aus den Atomen von Sauerstoff leuchten grünblau. Wasserstoff und Stickstoff sind rot gezeigt. Die ursprüngliche Supernova wurde vom Kollaps des Kerns eines massereichen Sterns ausgelöst. Ihr Licht erreichte die Erde vor etwa 3700 Jahren.

Der Überrest Puppis A liegt nahe bei der dicht gedrängten Ebene unserer Milchstraße. Die Emission des näheren, aber älteren Vela-Supernovaüberrestes überlagern ihn. Vela liegt außerhalb von Puppis A. Noch leuchtet Puppis A im ganzen elektromagnetischen Spektrum. Er ist eine der hellsten Quellen am Röntgenhimmel.

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Das Grinsen der Gravitation

Mitten im Bild leuchten Galaxien, die von einem violett leuchtenden Nebel umgeben sind. Weitere Galaxien, die zu Bögen verzerrt sind, umgeben den Nebel. Alles zusammen lässt das Gebilde wie ein lächelndes Gesicht erscheinen.

Bildcredit: Röntgen – NASA / CXC / J. Irwin et al.; Optisch – NASA/STScI

Albert Einstein publizierte die Allgemeine Relativitätstheorie vor mehr als 100 Jahren. Sie sagte den Effekt der Gravitationslinsen vorher. Dieser verleiht fernen Galaxien so eine wunderliche Erscheinung, wenn man sie auf Bildern betrachtet, die mit den Spiegeln der Weltraumteleskope Chandra und Hubble aufgenommen wurden. Sie zeigen eine Galaxiengruppe in Röntgen- und sichtbarem Licht.

Die Gruppe hat den Spitznamen Grinsekatzen-Galaxiengruppe. Vielsagende Bögen rahmen die beiden großen elliptischen Galaxien der Gruppe. Die Bögen sind Bilder ferner Galaxien im Hintergrund. Die Verteilung der Gravitationsmasse in der vorderen Gruppe krümmt sie. Diese Masse besteht vorwiegend aus Dunkler Materie.

Die beiden großen elliptischen „Augen“-Galaxien sind die hellsten in der Gruppe, die verschmelzen. Die relative Geschwindigkeit der Kollision beträgt fast 1350 km/s. Sie erhitzt das Gas auf Millionen Grad. Dabei entsteht das violett gezeigte Leuchten in Röntgenlicht. Neugierig auf die Verschmelzung der Galaxiengruppe? Die Grinsekatze lächelt im Sternbild Große Bärin. Sie ist etwa 4,6 Milliarden Lichtjahre entfernt.

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Die Wellen im Perseushaufen

Wellen aus Gas schwappen im Perseus-Galaxienhaufen, sie sind innen gelb und verlaufen nach außen zu Rot, bis sie ins Schwarz übergehen. Links unten ist eine große Delle in den Wellen, vielleicht ein Hinweis, dass ein kleinerer Galaxienhaufen vorbeigeschrammt ist.

Bildcredit: NASA, CXC, GSFC, Stephen Walker, et al.

Dieses Röntgenbild des Chandra-Observatoriums ist kontrastverstärkt. Es zeigt, wie gewaltige kosmische Wellen in einem riesigen Speicher aus leuchtendem heißen Gas wirbeln und schwappen. Das Bild ist mehr als 1 Million Lichtjahre breit. Es zeigt das Zentrum des nahen Galaxienhaufens im Perseus. Der Haufen ist etwa 240 Millionen Lichtjahre entfernt.

Der Großteil der beobachtbaren Masse im Perseus-Galaxienhaufen besteht aus Gas, das den ganzen Haufen füllt. Das ist auch in anderen Galaxienhaufen so. Das Gas hat Temperaturen von zig Millionen Grad und leuchtet hell im Röntgenbereich.

Simulationen mit Computern bilden Details der Strukturen nach, die durch das röntgenheiße Gas im Perseushaufen schwappen. Dazu gehört auch die markante konkave Bucht links unter der Mitte. Die Bucht ist etwa 200.000 Lichtjahre groß, also doppelt so groß wie unsere Milchstraße. Dass es sie gibt, lässt vermuten, dass wahrscheinlich auch der Haufen im Perseus vor Milliarden Jahren von einem kleineren Galaxienhaufen gestreift wurde.

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Ein Neutronenstern kühlt ab

Der Supernovaüberrest Cas A ist von einer Wolke umgeben, die sich ausdehnt. Rechts unten ist eine Illustration des Neutronensterns, so könnte er aussehen.

Bildcredit: Röntgen: NASA/CXC/UNAM/Ioffe/D.Page, P. Shternin et al; Optisch: NASA/STScI; Illustration: NASA/CXC/M. Weiss

Die helle Quelle in der Mitte ist ein Neutronenstern. Das ist der unglaublich dichte, kollabierte Rest eines Sternkerns mit viel Masse. Der Supernovaüberrest Cassiopeia A (Cas A) umgibt ihn. Er ist angenehme 11.000 Lichtjahre entfernt.

Cas A ist die finale Explosion eines massereichen Sterns. Das Licht der Supernova erreichte die Erde erstmals vor etwa 350 Jahren. Die Trümmerwolke dehnt sich aus, sie ist etwa 15 Lichtjahre groß. Das Bildkomposit entstand Röntgendaten und optischen Aufnahmen.

Der Neutronenstern in Cas A kühlt ab. Er ist aber noch so heiß, dass er Röntgenlicht abstrahlt. Jahrelange Beobachtungen mit dem Röntgenteleskop Chandra im Erdorbit zeigen, dass der Neutronenstern rasch abkühlt. Das geschieht so schnell, dass man vermutet, dass ein großer Teil vom Kern des Neutronensterns eine reibungsfreie Supraflüssigkeit aus Neutronen bildet. Chandras Beobachtungen sind die ersten Hinweise auf diesen seltsamen Zustand der Neutronenmaterie.

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