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XMM-NEWTON
Die Umgebung eines Schwarzen Lochs
von Stefan Deiters
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11. Oktober 2011

Mit einer Vielzahl von Teleskopen haben Astronomen das supermassereiche Schwarze Loch der aktiven Galaxie Markarian 509 ins Visier genommen. Die Beobachtungen enthüllten ganz neue Details über die direkte Umgebung der Schwerkraftfalle. Eine entscheidende Rolle dabei spielte das ESA-Röntgenteleskop XMM-Newton, das Markarian 509 insgesamt 100 Tage lang beobachtete.

Markarian 509

Hubble-Aufnahme von Markarian 509. Bild: NASA, ESA, J. Kriss (STScI) und J. de Plaa (SRON)

Das internationale Astronomenteam hatte sich für ihre Beobachtungen das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie Markarian 509 ausgesucht, das rund 500 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Die aktive Galaxie verfügt über ein Schwarzes Loch mit der 300 Millionen-fachen Masse unserer Sonne. Und die Schwerkraftfalle wächst immer noch weiter, da sie ständig große Mengen an Material verschlingt.

Markarian 509 war in den Fokus der Wissenschaftler geraten, weil man schon zuvor beobachtet hatte, dass die Strahlung aus unmittelbarer Nähe des Schwarzen Lochs unregelmäßig ist, was auf einen turbulenten Fluss von Material in das Schwarze Loch hindeutet. Die intensive Strahlung, die man aus unmittelbarer Umgebung von Schwarzen Löchern beobachten kann, entsteht durch Gas, das sich - bevor es auf Nimmerwiedersehen im Schwarzen Loch verschwindet - auf extreme Temperaturen aufheizt. Die Strahlung aus dieser inneren Region sorgt aber umgekehrt auch für einen Strom von Material vom Schwarzen Loch weg. Die jetzt vorgelegte Studie liefert neue detaillierte Informationen über die Geschehnisse in diesem Bereich.

Das Schwarze Loch wurde insgesamt 100 Tage lang beobachtet. "XMM-Newton war bei diesen Beobachtungen wirklich federführend, weil es einen so großen Röntgen-Wellenlängenbereich abdecken kann und zudem noch über eine optische Monitor-Kamera verfügt", erläutert Jelle Kaastra vom SRON Netherlands Institute for Space Research , der das Team aus 26 Astronomen aus 21 Instituten von vier Kontinenten koordiniert hat.

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Markarian 509 übertraf sich im Verlauf der Beobachtungen selbst: Statt der üblichen Helligkeitsschwankungen von 25 Prozent kam es in Teilen des Röntgenspektrums zu Schwankungen von 60 Prozent. Das deutet auf erhebliche Störungen im Gasfluss in Richtung des Schwarzen Lochs hin. Die Untersuchung ergab, dass das Material, das vom Schwarzen Loch wegströmt, aus riesigen Materialklumpen besteht, die auf Geschwindigkeiten von mehreren Millionen Kilometern pro Stunde beschleunigt werden. Sie stammen aus einem Reservoir von Material rund um das Schwarze Loch. Zur Überraschung der Astronomen befand sich dieses aber mehr als 15 Lichtjahre vom Schwarzen Loch entfernt.

"Es gab früher einige Diskussionen unter Astronomen über den Ursprung des ausströmenden Gases", erläutert Kaastra. Das Reservoir aus staubigem Gas bildet einen Donut-förmigen Torus um das Schwarze Loch. Von dort spiralt Material in Richtung der Schwerkraftfalle und es entsteht eine sogenannte Akkrektionsscheibe. Diese verfügt, so ergaben die Beobachtungen, über eine dünne "Haut" aus heißem Gas mit Temperaturen von mehreren Millionen Grad Celsius. Von hier stammt die intensive Röntgen- und Gammastrahlung, die dann auch das Gas in größerer Entfernung nach außen drückt.

Außer XMM-Newton waren an der Beobachtungskampagne von Markarian 509 auch das Weltraumteleskop Hubble, das NASA-Röntgenteleskop Chandra, der Satellit Swift sowie das erdgebundene William Herschel Telescope und das Teleskop PAIRITEL beteiligt. Auf diese Weise konnten die Astronomen vom Infraroten über den sichtbaren Bereich des Lichtes und das Ultraviolette bis zum Röntgen- und Gammastrahlenbereich ein umfassendes Spektrum an Wellenlängen abdecken.

"Die Ergebnisse machen deutlich, wie wichtig Beobachtungen über einen langen Zeitraum sind, um mehr über variable astrophysikalische Objekte zu lernen", meint Norbert Schartel, der Projektwissenschaftler für XMM-Newton bei der ESA. "Bei XMM-Newton haben wir alles dafür getan, um diese Beobachtungen möglich zu machen. Jetzt zahlt sich die Mühe aus." Das Team hat die Beobachtungen von Markarian 509 in insgesamt sieben Fachartikeln in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics beschrieben. 

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siehe auch
XMM-Newton: Am Rand des Schwarzen Lochs - 28. Mai 2009
Schwarze Löcher: Das dramatische Ende eines Sterns - 19. Februar 2004
Milchstraße: "Todesschrei" vom Rand des Schwarzen Lochs - 3. November 2003
Schwarze Löcher: Die Grenze der Akkretionsscheibe - 9. Mai 2001
Links im WWW
Fachartikel bei Astronomy & Astropysics (Paper I)
Fachartikel bei Astronomy & Astropysics (Paper II)
Fachartikel bei Astronomy & Astropysics (Paper III)
Fachartikel bei Astronomy & Astropysics (Paper IV)
Fachartikel bei Astronomy & Astropysics (Paper V)
Fachartikel bei Astronomy & Astropysics (Paper VI)
Fachartikel bei Astronomy & Astropysics (Paper VII)
XMM-Newton, Webseite der ESA
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