Schlagwort: XMM-Newton

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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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Der ungewöhnliche Nebel Pa 30

Der magentafarbene Nebel mit gelblichen radialen Strahlen erinnert an ein Feuerwerk.

Bildcredit: NASA, ESA, USAF, NSF; Bearbeitung: G. Ferrand (U. Manitoba), J. English (U. Manitoba), R. A. Fesen (Dartmouth), C. Treyturik (U. Manitoba); Text: G. Ferrand und J. English

Wie entstand dieses ungewöhnliche himmlische Feuerwerk? Der Nebel wird Pa 30 genannt. Er liegt in derselben Himmelsregion, wo im Jahr 1181 ein heller „Gaststern“ am Himmel stand. Die Fasern von Pa 30 sehen zwar ähnlich aus wie solche, die bei einer Nova (z. B. GK Per) oder einem planetarischen Nebel (z. B. NGC 6751) entstehen.

Trotzdem schlagen einige Astronom*innen vor, dass er durch eine seltene Art Supernova entstand: eine thermonukleare Explosion vom Typ Iax, die SN 1181 heißt. In diesem Modell entstand die Supernova nicht durch die Explosion eines einzigen Sterns. Stattdessen entsteht diese Explosion, wenn zwei Weiße Zwerge auf einer spiralförmigen Bahn zusammenlaufen und verschmelzen.

Der blaue Punkt in der Mitte ist wohl ein Zombiestern, nämlich der übrig gebliebene Weiße Zwerg, der die Supernova-ähnliche Explosion überdauert hat.

Für dieses Bild wurden mehrere Bilder und Datensets kombiniert, die mit Teleskopen für Infrarot (WISE), sichtbares Licht (MDM, Pan-STARRS) und Röntgen (Chandra, XMM) aufgenommen wurden. Zukünftige Beobachtungen und Analysen können uns noch mehr erzählen.

Info zur totalen Sonnenfinsternis am 8. April 2024

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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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NGC 2623: Hubble zeigt, wie Galaxien verschmelzen

Zwei Galaxien bilden ein verworrenes Knäul, aus dem links und rechts gebogene Gezeitenschweife ausgeschleudert werden. Das ganze Gewirr ist von blauen Sternen geprägt, die erst kürzlich entstanden sind.

Bildcredit: ESA/Hubble und NASA

Wo entstehen Sterne, wenn Galaxien kollidieren? Um das klären, nahm das Weltraumteleskop Hubble die nahe Verschmelzung der Galaxien in NGC 2623 auf. Neben Hubblebildern von NGC 2623 werden auch Bilder im Infrarotlicht des Weltraumteleskops Spitzer untersucht. Aufnahmen im Röntgenlicht stammen von XMM-Newton und Bilder im Ultraviolettlicht von GALEX. Dabei zeigt sich, dass die beiden ursprünglichen Spiralgalaxien nun stark gefaltet wirken. Ihre Kerne vereinten sich zu einem aktiven galaktischen Kern.

Der Kern liegt mitten im Bild. In seiner Nähe und an den gedehnten Gezeitenschweifen, die an beiden Seiten herauslaufen, geht die Sternbildung weiter. Auch in einer Region links über dem Kern gibt es Haufen heller blauer Sterne. Das war etwas überraschend. Wenn Galaxien kollidieren, dauert das oft Hunderte Jahrmillionen. Das wird durch Gravitation ausgelöst und gesteuert. Die Galaxien erfahren dabei mehrere zerstörerische Annäherungen.

NGC 2623 ist auch als Arp 243 bekannt. Sie ist 50.000 Lichtjahre breit und liegt zirka 250 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Krebs. Oft ist es schwierig oder sogar unmöglich, die ursprünglichen Galaxien und den Ablauf ihrer Verschmelzung zu rekonstruieren. Doch es ist wichtig, um besser zu verstehen, wie sich unser Universum entwickelt hat.

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Der Krebsnebel in vielen Wellenlängen des Spektrums

Der Krebsnebel M1 im Sternbild Stier ist hier in ungewöhnlichen Farben dargestellt, weil Bilddaten in unsichtbaren Wellenlängen in sichtbaren Lichtfarben visualisiert wurden.

Bildcredit: NASA, ESA, G. Dubner (IAFE, CONICET-Universität von Buenos Aires) et al.; A. Loll et al.; T. Temim et al.; F. Seward et al.; VLA/NRAO/AUI/NSF; Chandra/CXC; Spitzer/JPL-Caltech; XMM-Newton/ESA; Hubble/STScI

Der Krebsnebel ist als M1 katalogisiert. Somit ist er das erste Objekt auf Charles Messiers berühmter Liste von Dingen, die keine Kometen sind. Inzwischen kennt man den Krebs als Supernovaüberrest. Das sind die expandierenden Reste eines massereichen Sterns nach der finalen Explosion. Diese wurde 1054 n. Chr. auf dem Planeten Erde beobachtet.

Dieses stattliche neue Bild ist ein Blick des 21. Jahrhunderts auf den Krebsnebel. Es zeigt Bilddaten aus dem gesamten elektromagnetischen Spektrum als Wellenlängen in sichtbarem Licht. Die Daten der Weltraumteleskope Chandra (Röntgen), XMM-Newton (Ultraviolett), Hubble (sichtbar) und Spitzer (Infrarot) sind in violetten, blauen, grünen und gelben Farbtönen dargestellt. Die Radiodaten des Very Large Array (VLA) auf der Erde sind rot abgebildet.

Der Krebs-Pulsar ist der helle Punkt nahe der Bildmitte. Er gehört zu den exotischsten Objekten, die heutige Astronomieforschende kennen. Der Pulsar ist ein Neutronenstern, der 30-mal pro Sekunde rotiert. Dieser kollabierte Überrest des Sternkerns liefert die Energie für die Emissionen der Krabbe im gesamten elektromagnetischen Spektrum wie ein kosmischer Dynamo. Der Krebsnebel ist etwa 12 Lichtjahre groß und 6500 Lichtjahre entfernt. Er liegt im Sternbild Stier.

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Supernovaüberrest Puppis A

Die faserartige bunte Wolke im Bild zeigt den Supernovaüberrest Puppis A im Sternbild Achterdeck des Schiffes. Die expandierende Wolke wurde in Röntgen- und Infrarotlicht aufgenommen und farbcodiert abgebildet.

Bildcredit: Röntgen: NASA/CXC/IAFE/ G. Dubner et al., ESA/XMM-Newton; Infrarot: NASA/ESA/JPL-Caltech/GSFC/ R. Arendt et al.

Der Supernovaüberrest Puppis A entstand durch die Explosion eines massereichen Sterns. Er breitet sich ins interstellare Medium aus. Seine Entfernung beträgt etwa 7000 Lichtjahre. In dieser Distanz ist die Sondierung in Falschfarben der komplexen Expansion etwa 180 Lichtjahre groß.

Das Bild basiert auf den vollständigsten Daten, die bislang in Röntgen- und Infrarotlicht erhoben wurden. Die Röntgendaten stammen von Chandra und XMM/Newton, die Infrarot-Daten vom Weltraumteleskop Spitzer.

Das faserartige Röntgenlicht ist in Blau abgebildet. Es stammt von Gas, das durch die Stoßwelle der Supernova aufgeheizt wurde. Das rot und grün dargestellte Infrarotlicht stammt von warmem Staub. Die hellen Pastelltöne zeigen Regionen, wo sich komprimiertes Gas und aufgewärmter Staub mischen.

Die Supernova wurde durch einen Kollaps im massereichen Sterneninneren ausgelöst. Ihr Licht erreichte die Erde vor etwa 3700 Jahren. Der Supernovaüberrest Puppis A ist weiterhin eine starke Quelle am Röntgenhimmel.

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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.

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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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