Astronomen sehen entfernte Eruption als ein schwarzes Loch einen Stern zerstört

 

Credits: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

NASA / JUNE 2018 – Zum ersten Mal haben Astronomen die Entstehung und Ausbreitung eines sich schnell bewegenden Materialstrahls direkt abgebildet, als die mächtige Gravitation eines supermassiven Schwarzen Lochs einen Stern auseinanderriss, der zu dicht an das massive Monster heranging.

Die Wissenschaftler verfolgten die Veranstaltung mit Radio- und Infrarot-Teleskopen, darunter das Very Long Baseline Array (VLBA) der National Science Foundation und das Spitzer-Weltraumteleskop der NASA in einem Paar kollidierender Galaxien namens Arp 299. Die Galaxien sind fast 150 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt . Im Kern einer der Galaxien zerfetzte ein 20 Millionen mal massiveres Schwarzes Loch als die Sonne einen Stern mehr als doppelt so stark wie die Masse der Sonne und löste damit eine Kette von Ereignissen aus, die wichtige Details der gewaltsamen Begegnung offenbarten. Die Forscher verwendeten auch Beobachtungen von Arp 299, die vom Hubble-Weltraumteleskop der NASA vor und nach dem Auftreten des Ausbruchs gemacht wurden.

Es wurde nur eine kleine Anzahl solcher stellarer Todesfälle, sogenannte Tide Disruption Events, oder TDEs, entdeckt. Theoretiker haben vorgeschlagen, dass Material, das von dem zum Scheitern verurteilten Stern gezogen wird, eine rotierende Scheibe um das Schwarze Loch bildet, die intensive Röntgenstrahlen und sichtbares Licht emittiert, und auch Materialstrahlen von den Polen der Scheibe mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausstößt. “Nie zuvor waren wir in der Lage, die Entstehung und Entwicklung eines Jets aus einem dieser Ereignisse direkt zu beobachten”, sagte Miguel Perez-Torres vom Astrophysikalischen Institut von Andalusien in Granada, Spanien, und ein Autor auf einem Papier, das den Befund beschreibt .

Entdeckung eines Jets

Die erste Indikation kam am 30. Januar 2005, als Astronomen, die das William Herschel Telescope auf den Kanarischen Inseln nutzten, eine helle Infrarotstrahlung aus dem Kern einer der kollidierenden Galaxien in Arp 299 entdeckten. Am 17. Juli 2005 wurde die VLBA zeigte eine neue, eindeutige Quelle von Radioemissionen von demselben Ort.

Credits: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF; NASA, STScI

“Mit der Zeit blieb das neue Objekt bei Infrarot- und Radiowellenlängen hell, aber nicht bei sichtbarem Licht und Röntgenstrahlen”, sagte Seppo Mattila von der Universität von Turku in Finnland, ein weiterer Autor der neuen Arbeit. “Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass dickes interstellares Gas und Staub nahe dem Zentrum der Galaxie die Röntgenstrahlen und das sichtbare Licht absorbiert und dann als Infrarotstrahlung wieder abgestrahlt hat.” Die Forscher verwendeten das leic Optical Telescope auf den Kanarischen Inseln und den NASA Spitzer Die Infrarot-Emission des Objekts.

Fortgesetzte Beobachtungen mit dem VLBA, dem Europäischen VLBI-Netzwerk (EVN) und anderen Radioteleskopen, die über fast ein Jahrzehnt durchgeführt wurden, zeigten, dass sich die Radioemission in eine Richtung ausdehnt, genau wie für einen Jet erwartet. Die gem3e Ausdehnung zeigte an, dass sich das Material in dem Strahl mit einem Durchschnitt von einem Viertel der Lichtgeschwindigkeit bewegte. Die Radiowellen werden nicht vom Staub absorbiert, sondern passieren ihn. Diese Beobachtungen verwendeten mehrere Radioteleskopantennen, die durch Tausende von Meilen getrennt waren, um das Auflösungsvermögen oder die Fähigkeit zu erhalten, feine Details zu sehen, die erforderlich sind, um die Ausdehnung eines so entfernten Objekts zu erkennen.

Monster Appetit 

Credits: Seppo Mattila, Miguel Pérez-Torres et al. 2018 (Science)

Die meisten Galaxien haben supermassive schwarze Löcher, die in ihren Kernen Millionen bis Milliarden der Sonnenmasse enthalten. In einem schwarzen Loch ist die Masse so konzentriert, dass ihre Anziehungskraft so stark ist, dass nicht einmal Licht austreten kann. Wenn diese supermassiven Schwarzen Löcher aktiv Material aus ihrer Umgebung einziehen, bildet dieses Material eine rotierende Scheibe um das Schwarze Loch, und superschnelle Strahlen von Teilchen werden nach außen geworfen. Dies ist das Phänomen, das in Radiogalaxien und Quasaren beobachtet wird.

“Meistens verschlingen die supermassiven Schwarzen Löcher jedoch nichts aktiv, also sind sie in einem ruhigen Zustand”, erklärte Perez-Torres. “Gezeitenunterbrechungsereignisse können uns eine einzigartige Gelegenheit bieten, unser Verständnis der Bildung und Entwicklung von Jets in der Nähe dieser mächtigen Objekte voranzutreiben.” “Wegen des Staubes, der jedes sichtbare Licht absorbiert, könnte dieses besondere Gezeitenzerrüttungsereignis nur die Spitze des Eisbergs von dem sein, was bis jetzt eine verborgene Bevölkerung war”, sagte Mattila. “Wenn wir mit Infrarot- und Radioteleskopen nach diesen Ereignissen suchen, können wir vielleicht noch viel mehr entdecken und von ihnen lernen.” Solche Ereignisse könnten im fernen Universum häufiger vorkamen, so dass Wissenschaftler die Umgebung, in der sich die Galaxien vor Milliarden von Jahren entwickelten, verstehen können. 

Die Entdeckung, so die Wissenschaftler, kam überraschend. Der erste Infrarot-Burst wurde im Rahmen eines Projekts entdeckt, mit dem Supernova-Explosionen in solchen kollidierenden Galaxienpaaren entdeckt werden sollten. Arp 299 hat zahlreiche Sternexplosionen gesehen und wurde eine “Supernova-Fabrik” genannt. Dieses neue Objekt wurde ursprünglich als Supernova-Explosion betrachtet. Erst 2011, sechs Jahre nach der Entdeckung, begann der Radio-emittierende Teil eine Verlängerung zu zeigen. Die anschließende Überwachung zeigte, dass die Expansion zunahm, was bestätigt, dass die Wissenschaftler einen Jet und keine Supernova sehen. Mattila und Perez-Torres führten ein Team von 36 Wissenschaftlern aus 26 Institutionen auf der ganzen Welt in den Beobachtungen von Arp 299. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Science vom 14. Juni. Das Long Baseline Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation, die im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung von Associated Universities, Inc. betrieben wird. Das Jet Propulsion Laboratory der NASA, Pasadena, Kalifornien, leitet die Mission Spitzer Space Telescope für das NASA-Wissenschaftsmandat Washington.

Der wissenschaftliche Betrieb wird im Spitzer Science Center am Caltech in Pasadena durchgeführt. Der Betrieb von Raumfahrzeugen erfolgt bei Lockheed Martin Space Systems, Littleton, Colorado. Die Daten werden im Infrared Science Archive archiviert, das am IPAC am Caltech untergebracht ist. Caltech verwaltet JPL für die NASA. Das Hubble Space Telescope ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der NASA und der ESA (European Space Agency). Das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, verwaltet das Teleskop. Das Weltraumteleskop-Wissenschaftsinstitut (STScI) in Baltimore führt Hubble-Wissenschaftsoperationen durch. STScI wird für die NASA von der Vereinigung der Universitäten für Forschung in Astronomie, Inc. in Washington betrieben.

 

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