Strahlen der ungewöhnlichen Galaxie Centaurus A

Aus Centaurus A strömen Plasmastrahlen, die mehr als eine Million Lichtjahre lang sind.

Bildcredit: ESO/WFI (sichtbares Licht); MPIfR/ESO/APEX/A. Weiss et al. (Mikrowellen); NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al. (Röntgen)

Beschreibung: Die Strahlen, die von Centaurus A ausströmen, sind mehr als eine Million Lichtjahre lang. Diese Ströme aus Plasma, die von einem gewaltigen Schwarzen Loch im Zentrum dieser Spiralgalaxie ausgestoßen werden, beleuchten das hier gezeigte Kompositbild von Cen A.

Auf welche Weise das zentrale Schwarze Loch einfallende Materie ausstößt, ist nicht bekannt. Doch nach Verlassen der Galaxie bauen die Ströme riesige Radioblasen auf, die wahrscheinlich noch Millionen Jahre leuchten werden. Wenn sie von vorbeiziehenden Gaswolken angeregt werden, können die Radioblasen sogar nach Milliarden Jahren wieder aufleuchten.

Röntgenlicht ist auf diesem Kompositbild blau abgebildet, während MikrowellenLicht orange gefärbt ist. Am Ansatz des Strahls sind in Radiolicht Details des innersten Lichtjahres des zentralen Stroms erkennbar.

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Fünfzig Gravitationswellen-Ereignisse bildlich dargestellt

Diese Illustration veranschaulicht die Massen der ersten 50 Ereignisse.

Bildcredit: LIGOVirgo-Arbeitsgruppe, Frank Elavsky, Aaron Geller, Northwestern U.

Beschreibung: Mehr als 50 Gravitationswellenereignisse wurden mittlerweile entdeckt. Diese Ereignisse markieren die fernen, gewaltigen Kollisionen von entweder zwei schwarzen Löchern oder einem schwarzen Loch mit einem Neutronenstern oder von zwei Neutronensternen. Die meisten dieser 50 Ereignisse wurden 2019 mit den LIGO-Gravitationswellendetektoren in den USA und dem VIRGO-Detektor in Europa entdeckt.

Diese Illustration veranschaulicht die Massen der ersten 50 Ereignisse. Blaue Punkte zeigen schwarze Löcher mit höherer Masse, während orangefarbene Punkte Neutronensterne mit geringerer Masse kennzeichnen. Astrophysikerinnen und Astrophysiker sind derzeit jedoch nicht sicher, was die Natur von Ereignissen betrifft, die weiß markiert sind, und deren Massen anscheinend in der Mitte liegen – zwischen zwei und fünf Sonnenmassen.

Am Nachthimmel in sichtbarem Licht überwiegen nahe helle Sterne, die seit Anbeginn der Menschheit bekannt sind. Im Gegensatz dazu überwiegen am Gravitationswellenhimmel ferne, dunkle schwarze Löcher, die seit weniger als fünf Jahre bekannt sind.

Dieser Unterschied ist aufschlussreich: Wenn man den Gravitationswellenhimmel versteht, verändert schon das allein das Wissen der Menschheit – nicht nur über Sterngeburt und -tod im ganzen Universum, sondern sogar über die Eigenschaften des Universums selbst.

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Der Virgo-Galaxienhaufen

Die Galaxien des Virgo-Galaxienhaufens mit M64, M86, M87 und Markarjans Augen.

Bildcredit und Bildrechte: Fernando Pena

Beschreibung: Die Galaxien des Virgohaufens sind über dieses detailreiche Teleskopsichtfeld verstreut. Die kosmische Szene wurde am dunklen Himmel in der Nähe von Jalisco in Mexiko auf dem Planeten Erde fotografiert. Sie ist ungefähr drei Vollmonde breit.

Der Virgohaufen ist etwa 50 Millionen Lichtjahre entfernt, er ist der nächstgelegene große Galaxienhaufen in der Umgebung unserer Lokalen Gruppe. Virgos helle elliptische Galaxien des Messierkatalogs treten markant hervor: Links oben M87, rechts unter der Mitte M84 (unten) und darüber M86.

M84 und M86 gehören auch zu Markarjans Galaxienkette, einer visuell auffälligen, senkrechten Galaxienkette auf der rechten Seite des Bildes. In der Nähe der Kettenmitte liegt ein faszinierendes, miteinander wechselwirkendes Galaxienpaar: NGC 4438 und NGC 4435. Manche kennen die beiden als Markarjans Augen.

Die riesige elliptische Galaxie M87 ist die markanteste im Virgohaufen. Sie enthält ein sehr massereiches Schwarzes Loch. Es ist das erste Schwarze Loch, das je vom Event Horizon Telescope auf dem Planeten Erde abgebildet wurde.

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GW190521: Unerwartete Schwarze Löcher kollidieren

Das Gravitationswellenereignis GW190521 war die Verschmelzung der massereichsten schwarzen Löcher, die bisher von LIGO und Virgo beobachtet wurden.

Illustrationscredit: Raúl Rubio (Virgo Valencia Group, The Virgo Collaboration)

Beschreibung: Wie entstehen schwarze Löcher wie dieses? Die beiden schwarzen Löcher, die auf spiralförmigen Bahnen zusammenstießen und das Gravitationswellenereignis GW190521 auslösten, waren nicht nur die massereichsten schwarzen Löcher, die LIGO und Virgo bisher beobachteten. Ihre Massen – 66 und 85 Sonnenmassen – waren außerdem beispiellos und unerwartet.

Man weiß, dass schwarze Löcher mit geringerer Masse – weniger als 65 Sonnenmassen – bei Supernovaexplosionen entstehen. Umgekehrt geht man davon aus, dass schwarze Löcher mit höherer Masse – mehr als ungefähr 135 Sonnenmassen – bei der Implosion sehr massereicher Sterne entstehen, nachdem diese ihre für die Kernfusion verantwortlichen Elemente, die der Gravitation entgegenwirken, aufgebraucht haben.

Wie solche schwarzen Löcher mit dazwischen liegenden Massen entstanden, ist noch unbekannt. Eine Hypothese besagt, dass sie durch aufeinanderfolgende Kollisionen zwischen Sternen und schwarzen Löchern in dichten Sternhaufen entstehen. Diese Illustration zeigt schwarze Löcher kurz vor der Kollision, die Pfeile markieren ihre Rotationsachsen. Die spiralförmigen Wellen auf der Illustration zeigen die Entstehung von Gravitationsstrahlung an, während die umgebenden Sterne auf die Möglichkeit hinweisen, dass sich die Verschmelzung in einem Sternhaufen ereignete.

Das Verschmelzungsereignis schwarzer Löcher mit der Bezeichnung GW190521 wurde letztes Jahr beobachtet, es stammt aber aus einer Zeit, als das Universum erst etwa halb so alt war wie heute (z ~ 0.8). Es ist das fernste Ereignis, das je beobachtet wurde, sogar innerhalb der Messtoleranz.

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SS 433: Doppelstern-Mikroquasar


Animationscredit: DESY, Science Communication Lab

Beschreibung: SS 433 ist eines der exotischsten Sternsysteme, die wir kennen. Sein unscheinbarer Name entstand durch seinen Eintrag in einem Katalog von Milchstraßensternen, die eine für atomaren Wasserstoff charakteristische Strahlung aussenden. Sein auffälliges Verhalten stammt von einem kompakten Objekt – einem schwarzen Loch oder Neutronenstern –, um das sich eine Akkretionsscheibe mit Ausströmungen gebildet hat. Da die Scheibe und die Ausströmungen von SS 433 jenen um sehr massereiche schwarze Löcher in den Zentren ferner Galaxien ähneln, vermutet man, dass SS 433 ein Mikroquasar ist.

Dieses animierte Video basiert auf Beobachtungsdaten. Es zeigt einen massereichen, heißen, normalen Stern, der gemeinsam mit dem kompakten Objekt in einer Umlaufbahn gefangen ist. Zu Beginn des Videos sieht man, wie durch Gravitation Materie vom normalen Stern losgerissen wird, die auf eine Akkretionsscheibe fällt. Der Zentralstern stößt Strahlen aus ionisiertem Gas in entgegengesetzte Richtungen aus – mit jeweils etwa einem Viertel der Lichtgeschwindigkeit.

Im nächsten Abschnitt zeigt das Video eine Aufsicht auf die ausströmenden Strahlen, die eine Präzessionsbewegung ausführen und dabei eine sich ausdehnende Spirale erzeugen. Danach sieht man die sich ausbreitenden Strahlen aus noch größerer Entfernung nahe dem Zentrum im Supernovaüberrest W50.

Vor zwei Jahren fand man mithilfe der HAWC-Detektoranordnung in Mexiko unerwartet heraus, dass SS 433 Gammastrahlen mit ungewöhnlich hoher Energie (im TeV-Bereich) aussendet. Doch es gibt weitere Überraschungen: Eine aktuelle Analyse von Archivdaten des NASASatelliten Fermi zeigt eine Gammastrahlenquelle, die – wie man hier sieht – von den Zentralsternen getrennt ist, und die aus bisher unbekannten Gründen Gammastrahlenpulse mit einer Periode von 162 Tagen aussendet – das entspricht der Präzessionsperiode der Strahlen von SS 433.

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Visualisierung: Schwarzes Loch mit Akkumulationsscheibe


Visualisierungscredit: Goddard-Raumfahrtzentrum der NASA, Jeremy Schnittman

Beschreibung: Wie sieht es aus, wenn man ein schwarzes Loch umkreist? Wenn das schwarze Loch von einer wirbelnden Scheibe aus leuchtendem Gas, das sich ansammelt, umgeben ist, lenkt die gewaltige Gravitation des schwarzen Lochs das Licht ab, das die Scheibe ausstrahlt. Dadurch sieht sie sehr ungewöhnlich aus. Diese Videoanimation visualisiert das.

Das Video beginnt mit der Beobachterin, die von knapp über der Ebene der Akkretionsscheibe auf das schwarzen Lochs blickt. Um das zentrale schwarze Loch herum verläuft ein dünnes, rundes Bild der umgebenden Scheibe, es markiert die Position der Photonensphäre – in deren Inneren der Ereignishorizont des schwarzen Lochs liegt.

Teile des großen Hauptbildes der Scheibe auf der linken Seite erscheinen heller, während sie sich auf euch zubewegen. Während das Video weiterläuft, fliegt ihr über das schwarze Loch und schaut von oben hinunter. Dann durchquert ihr die Scheibenebene am anderen Ende und kommt zum ursprünglichen Aussichtspunkt zurück. Die Akkretionsscheibe erzeugt einige interessante Bildumkehrungen, doch sie wirkt niemals flach.

Visualisierungen wie diese sind heute besonders interessant, weil das Event Horizon Telescope schwarze Löcher so detailreich wie nie zuvor abbildet.

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NGC 6814: Klassische Spiralgalaxie von Hubble

NGC 6814 ist eine klassische Spiralgalaxie mit einem Schwarzen Loch. Wegen der Aktivität in ihrem Zentrum wird sie als Seyfertgalaxie bezeichnet.

Bildcredit und Bildrechte: ESA/Hubble und NASA; Danksagung: Judy Schmidt

Beschreibung: Im Zentrum dieses ruhigen Sternwirbels liegt wahrscheinlich das schreckliche Scheusal eines schwarzen Lochs. Der umgebende Wirbel fegt Milliarden Sterne herum, die hellsten und bläulichsten davon stechen hervor. Wegen der Breite und Schönheit des Anblicks wird der Wirbel als Grand-Design-Spiralgalaxie bezeichnet.

Es gibt Hinweise, dass das zentrale Untier ein sehr massereiches schwarzes Loch mit ungefähr 10 Millionen Sonnenmassen ist. Diese extreme Kreatur verschlingt Sterne und Gas und ist von einem rotierenden Graben aus heißem Plasma umgeben, der Explosionen an Röntgenstrahlen ausstößt. Wegen der gewaltigen Aktivität im Zentrum wird der Sternwirbel als Seyfertgalaxie bezeichnet.

Zusammen sind Schöne und Ungeheuer als NGC 6814 katalogisiert, sie befinden sich seit Milliarden Jahren im Sternbild Adler (Aquila).

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Das Galaktische Zentrum von Radio bis Röntgen

Sgr A*, das Zentrum unserer Galaxis mit einem Schwarzen Loch, leuchtet in jeder Art von Licht; Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: Röntgen: NASA, CXC, UMass, D. Wang et al.; Radio: NRF, SARAO, MeerKAT

Beschreibung: Auf wie viele Arten leuchtet das Zentrum unserer Galaxis? Diese rätselhafte Region, etwa 26.000 Lichtjahre entfernt ist und im Sternbild Schütze (Sagittarius) liegt, leuchtet in jeder Art von Licht, die wir sehen können.

Für dieses Bild wurde mit dem Röntgenobservatorium Chandra der NASA im Erdorbit energiereiche Röntgenstrahlung abgebildet, diese erscheint in Grün und Blau. Die rot gefärbte Abbildung der energiearmen Radiostrahlung stammt von der Teleskopanordnung MeerKAT des SARAO, die auf der Erde stationiert ist. Rechts neben der farbenfrohen Zentralregion liegt Sagittarius A (Sgr A), eine starke Radioquelle, die sich an derselben Stelle befindet wie Sgr A*, das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxis.

Heißes Gas, das Sgr A* umgibt, sowie eine Reihe parallel verlaufender Radiofilamente, die als der „Bogen“ bezeichnet werden, sind links neben der Bildmitte zu sehen. Weiters verlaufen im Bild zahlreiche ungewöhnliche einzelne Radiofilamente. Viele Sterne kreisen in und um Sgr A*, außerdem zahlreiche kleine Schwarze Löcher und dichte Sternkerne, die als Neutronensterne und Weiße Zwerge bekannt sind. Das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße wird gegenwärtig vom Event Horizon Telescope abgebildet.

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Ein schwarzes Loch zerstört einen vorbeiziehenden Stern

Wenn ein Stern einem Schwarzen Loch zu nahe kommt, können ihn die Gezeitenkräfte auseinanderreißen; Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: NASA, JPL-Caltech

Beschreibung: Was geschieht mit einem Stern, der in die Nähe eines Schwarzen Lochs gelangt? Wenn der Stern ein massereiches Schwarzes Loch direkt trifft, fällt er als Ganzes hinein – und alles verschwindet.

Viel wahrscheinlicher ist jedoch, dass der Stern nahe genug an das Schwarze Loch herankommt, dass dessen Gravitation die äußeren Schichten des Sterns abzieht oder den Stern auseinanderreißt. Dann fällt ein Großteil vom Gas des Sterns nicht in das Schwarze Loch. Solche Ereignisse stellarer Gezeitenzerstörung können so hell wie eine Supernova sein, und ein immer größerer Teil dieser Ereignisse wird durch automatisierte Himmelsdurchmusterungen entdeckt.

Auf dieser künstlerischen Darstellung hat ein Stern gerade ein massereiches Schwarzes Loch passiert und verliert Gas, das im Orbit zurückbleibt. Der innere Rand einer Scheibe aus Gas und Staub, die das Schwarze Loch umgibt, wird von dem Zerstörungsereignis aufgeheizt und könnte nach dem Verschwinden des Sterns noch lange Zeit nachleuchten.

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M77: Spiralgalaxie mit aktivem Kern

Die aktive Seyfertgalaxie M77 wurde mit dem Weltraumteleskop Hubble detailreich abgebildet. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: Hubble, NASA, ESA; Bearbeitung und Lizenz: Judy Schmidt

Beschreibung: Was passiert im Zentrum der nahen Spiralgalaxie M77? Die von oben sichtbare Galaxie ist an die 47 Millionen Lichtjahre entfernt und liegt im Sternbild des Meeresungeheuers (Cetus). Bei dieser geschätzten Entfernung ist das prächtige Inseluniversum ungefähr 100.000 Lichtjahre breit.

Die Galaxie ist auch als NGC 1068 bekannt. Ihr kompakter, sehr heller Kern wurde von Astronomen genau untersucht, welche die Rätsel sehr massereicher Schwarzer Löcher in aktiven Seyfertgalaxien erforschen. M77 und ihr aktiver Kern leuchtet hell in Wellenlängen der Röntgenstrahlung, in ultraviolettem, sichtbarem und infrarotem Licht sowie in Radiowellenlängen.

Dieses scharfe Bild von M77 wurde mit dem Weltraumteleskop Hubble fotografiert, das (sichtbare) rote Licht, das von Wasserstoff abgestrahlt wird, tritt markant hervor. Das Bild zeigt Details der gewundenen Spiralarme, die von undurchsichtigen Staubwolken und rot getönten Sternbildungsregionen gesäumt sind, und die bis in die Nähe des leuchtenden Kerns der Galaxie hinein reichen.

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Extremer Ausbruch eines Schwarzen Lochs

Ein Schwarzes Loch sprengt in einem Anfall von Übelkeit eine Höhlung ins intergalaktische Medium; Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: Röntgen: Chandra: NASA/CXC/NRL/S. Giacintucci, et al., XMM-Newton: ESA/XMM-Newton; Radio: NCRA/TIFR/GMRT; Infrarot: 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF; Text: Michael F. Corcoran (NASA, Catholic U., HEAPOW)

Beschreibung: Astronomen glauben, dass sie nun das mächtigste Beispiel für einen Ausbruch eines Schwarzen Lochs gefunden haben, der je im Universum beobachtet wurde. Dieses Falschfarben-Kompositbild zeigt einen Galaxienhaufen im Sternbild Ophiuchus (Schlangenträger). Es enthält Röntgenbilder (vom Chandra-Röntgenobservatorium und XMM-Newton) in Violett sowie ein Radiobild (vom Giant Metrewave Radio Telescope in Indien) in Blau (dazu ein Infrarotbild der Galaxien und Sterne im Blickfeld in Weiß zur besseren Erkennbarkeit).

Die gestrichelte Linie markiert die Grenze eines leer gefegten Hohlraums, die von dem sehr massereichen Schwarzen Loch aufgeblasen wurde, das im Zentrum der Galaxie lauert und mit einem Kreuz markiert ist. Dieser Hohlraum ist mit Radioemissionen gefüllt. Man vermutet, dass es zu diesem riesigen Ausstoß kam, weil das Schwarze Loch zu viel gefressen hatte und einen vorübergehenden Anfall von „Schwarzloch-Übelkeit“ erlitt, der zum Ausstoß eines mächtigen Radiostrahls führte, der in den intergalaktischen Raum geschleudert wurde. Die Menge an Energie, die benötigt wird, um diese Höhlung zu leeren, entspricht ungefähr 10 Milliarden Supernovaexplosionen.

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