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SWIFT
Schwarzes Loch verschluckt fernen Stern
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
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29. August 2011

Die Quelle Swift J1644+57, entdeckt im März 2011, ist Ergebnis eines außergewöhnlichen Vorgangs. Zu diesem Resultat kommen zwei neue Studien, die jetzt in der Zeitschrift Nature vorgestellt wurden. Die Quelle ist danach durch einen Stern entstanden, der dem zentralen Schwarzen Loch in einer fernen Galaxie zu nahe gekommen ist, zerrissen wurde und so die Schwerkraftfalle zum Leben erweckt hat.

Swift J1644+57

Die Extended Very Large Array (EVLA)-Beobachtungen von Swift J1644+57. Bild: NRAO / CfA / Zauderer et al.

Die meisten Galaxien, einschließlich unserer Milchstraße, beherbergen in ihrem Zentrum ein extrem massereiches Schwarzes Loch, dessen Gesamtmasse die der Sonne viele Millionen Mal übersteigt. So dürfte das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie, in der sich Swift J1644+57 befindet, eine Masse von etwa acht Millionen Sonnenmassen haben. Kommt ein Stern auf seiner Bahn einem solchen Schwarzen Loch zu nahe, wird er durch die extremen Gezeitenkräfte quasi in Stücke gerissen.

Das verbleibende Gas rotiert in Form einer Scheibe, der sogenannten Akkretionsscheibe, um das Schwarze Loch und wird sehr schnell auf Temperaturen von einigen Millionen Grad erhitzt. Das Material am inneren Rand der Gasscheibe bewegt sich auf spiralförmiger Bahn in Richtung des Schwarzen Lochs. Durch diese Bewegung wird das vorhandene Magnetfeld erheblich verstärkt; dabei bilden sich senkrecht zur Gasscheibe in beiden Richtungen eine Art Trichter, durch die einzelne Teilchen entweichen können. In Form von stark gebündelten, sogenannten Jets wird dabei Material mit über 90 Prozent der Lichtgeschwindigkeit in Richtung der Rotationsachse des Schwarzen Lochs nach außen geschleudert.

Bei Swift J1644+57 ist einer dieser Jets genau in Richtung Erde gerichtet und wird so selbst über eine riesige Entfernung beobachtbar. "Das Radiosignal wird dort erzeugt, wo der Jet auf das umgebende interstellare Material trifft", erklärt Ashley Zauderer, Erstautorin der Veröffentlichung über die Radiostrahlung von Swift J1644+57. "Im Gegensatz dazu entsteht die Röntgenstrahlung viel näher am Schwarzen Loch, ungefähr am Fußpunkt des Jets."

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Theoretische Untersuchungen von Sternen, die durch Gezeitenkräfte zerrissen werden, lassen darauf schließen, dass sie durch Strahlungsausbrüche in optischen und ultravioletten Wellenlängen sichtbar werden. Die Erkenntnisse der Relativitätstheorie besagen nun, dass Helligkeit und Energie des von einem Schwarzen Loch ausgehenden Jets erheblich verstärkt werden, wenn man ihn genau von vorne betrachtet. Dieses Phänomen, auch als "relativistisches Beaming" bezeichnet, ist dafür verantwortlich, dass man Swift J1644+57 als so leuchtkräftige Quelle im Bereich der Röntgenstrahlung beobachtet.

Nach der Entdeckung der Quelle mit dem Swift-Satelliten am 28. März 2011 wurde zunächst angenommen, dass es sich dabei um einen Gammastrahlungsausbruch handelt, einen der inzwischen fast täglich gefundenen kurzzeitigen Ausbrüche hochenergetischer Strahlung, die häufig auf den Tod eines massereichen Sterns und die damit verbundene Entstehung eines Schwarzen Lochs in großer Entfernung im Universum zurückgehen. Als aber die Intensität der Strahlung immer noch weiter anstieg und weitere Strahlungsausbrüche zeigte, wurde schnell klar, dass die wahrscheinlichste Erklärung in der Zerstörung eines sonnenähnlichen Sterns durch starke Gezeitenkräfte und der damit verbundenen stark gebündelten Strahlung liegt.

Zwei Tage später, am 30. März, zeigten Radiobeobachtungen des Teams von Ashley Zauderer mit dem Extended Very Large Array (EVLA) eine Radioquelle mit ansteigender Helligkeit genau auf der Position einer sehr schwachen Galaxie sehr nahe an der Position des von Swift gemessenen Röntgenausbruchs. Mit dieser Beobachtung konnte man erstmals eine direkte Verbindung zwischen der Galaxie, der Radioquelle und dem Röntgenausbruch herstellen. Die Beobachtungen zeigen, dass die Region, in der die Radiostrahlung erzeugt wird, sich immer noch mit mehr als halber Lichtgeschwindigkeit ausdehnt. Die zeitliche Rückrechnung dieser Expansion sollte zeigen, dass beide, Radio- wie Röntgenquelle, zur gleichen Zeit entstanden sind.

"Wir erwarten, dass die Struktur des Jets innerhalb der nächsten zwei Jahre für uns beobachtbar wird", sagt Andreas Brunthaler vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie, ebenfalls Autor bei der Veröffentlichung der Radiobeobachtungen. "Trotz der gewaltigen Entfernung von fast vier Milliarden Lichtjahren ist die Ausdehnung groß genug, um mit VLBI-Technik in einzelne Strukturen aufgelöst zu werden." Bei VLBI, der Very Long Baseline Interferometry, werden gleichzeitige Beobachtungen von weit voneinander entfernten Radioteleskopen derart miteinander verbunden, dass man die Leistung eines virtuellen Radioteleskops von fast Erdgröße erreicht. Für die Beobachtungen von Swift 1644+57 werden das VLBA-Netzwerk in den USA und das 100-m-Radioteleskop in Effelsberg zu einem virtuellen transatlantischen Radioteleskop zusammengeschaltet.

"Es ist unglaublich, dass die Quelle immer noch Röntgenstrahlung produziert; sie könnte sogar von der Leuchtkraft her bis ins nächste Jahr mit Swift beobachtbar bleiben", sagt David Burrows, Professor für Astronomie an der Penn State University und leitender Wissenschaftler des Instrumententeams für das Swift-Röntgenteleskop. "Sie verhält sich komplett anders als alles, was wir bis jetzt beobachtet haben." Die Untersuchungen über Swift 1644+57 im Sternbild Drache werden in zwei Veröffentlichungen in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Nature beschrieben.

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siehe auch
Schwarze Löcher: Das dramatische Ende eines Sterns - 19. Februar 2004
Links im WWW
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Swift, Seite der NASA
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