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ANDROMEDAGALAXIE
Das Geheimnis einer hellen Röntgenquelle
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik
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24. Februar 2012

Seit langem rätseln Astronomen darüber, um was es sich bei den ultraleuchtkräftigen Röntgenquellen handeln könnte, die man in Galaxien sowohl im nahen als auch im entfernten Universum beobachtet hat. Jetzt gelang es einem Forscherteam ein solches Objekt in unserer Nachbargalaxie Andromeda aufzuspüren und nachzuweisen, dass es ein stellares Schwarzes Loch enthält.

M31

Dieses Bild zeigt den zentralen Bereich der Andromedagalaxie im Röntgenlicht. Die neu entdeckte ULX überstrahlt alle anderen Quellen. Bild: Landessternwarte Tautenburg, XMM-Newton, MPE  [Großansicht]

Ultraleuchtkräftige Röntgenquellen (ultra-luminous X-ray source, kurz ULX) faszinieren Astronomen schon lange. Ihnen ist nämlich bislang nicht wirklich klar, warum diese Objekte, die man sowohl im nahen als auch im fernen Universum findet, mit einer so bemerkenswert hohen Leuchtkraft strahlen. Da sie ziemlich selten sind - in einer Galaxie gibt es höchstens ein oder zwei ULX - stehen den Astronomen nur spärliche Daten für ihre Studien zur Verfügung. Nicht verwechseln sollte man die ULX übrigens mit den aktiven supermassereichen Schwarzen Löcher in den Galaxienzentren, die auch stark im Röntgenbereich leuchten.

Bislang gibt es zwei konkurrierende Modelle, mit denen sich die hohe Leuchtkraft dieser Röntgenquellen erklären lassen würde: Entweder handelt es sich um stellare Schwarze Löcher, die extrem viel Materie verschlucken, oder es sind Schwarze Löcher mittlerer Masse, die Materie auf einem niedrigeren Niveau schlucken. Diese vermuteten Mittelklasse-Schwarzen-Löcher sind deutlich massereicher als stellare Schwarze Löcher, reichen aber nicht an die gewaltigen Massen der supermassereichen Schwarzen Löcher in den Zentren von Galaxien heran.

 Eine der größten Schwierigkeiten, um dieses Rätsel zu lösen, ist die große Entfernung zu den Objekten, die detaillierte Beobachtungen schwierig oder sogar unmöglich macht. Zwei Forscherteams haben nun eine ungewöhnliche Röntgenquelle in der Andromedagalaxie (M31) beobachtet. Diese nächste große Nachbargalaxie unserer Milchstraße ist nur rund zwei Millionen Lichtjahre entfernt und wird - im Rahmen einer fortlaufenden Kampagne - in regelmäßigen Abständen durch die Röntgen-Weltraumteleskope Chandra und XMM-Newton überwacht. Die Kampagne leiten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE).

Das neue Objekt wurde Ende 2009 mit Hilfe von Chandra entdeckt und von den MPE-Wissenschaftlern sofort als ULX mit niedriger Leuchtkraft eingestuft. Dabei war das Objekt im Röntgenlicht anfangs so hell wie die gesamte Andromeda-Galaxie. Es handelt sich damit nicht nur um die erste ULX in dieser Spiralgalaxie, sondern auch um die nächstgelegene ULX überhaupt. Folgebeobachtungen mit den Satelliten Swift und dem Weltraumteleskop Hubble lieferten dann wichtige ergänzende Daten über das Objekt.

"Wir hatten großes Glück, dass wir die ULX früh genug entdeckt haben, um fast die komplette Lichtkurve aufzeichnen zu können, " erklärt Wolfgang Pietsch vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. "Diese zeigt ein sehr ähnliches Verhalten wie andere Röntgenquellen in unserer eigenen Galaxie." Die Emission nimmt mit einer charakteristischen Zeitskala von etwa einem Monat exponentiell ab, was auch eine Eigenschaft der Röntgendoppelsterne mit stellarer Masse ist. "Dies bedeutet, dass die ULX in Andromeda wahrscheinlich ein normales, stellares Schwarzes Loch enthält, das mit sehr hohen Geschwindigkeiten Material verschluckt."

Ein weiteres Indiz zu den physikalischen Prozessen rund um das Schwarze Loch ergibt sich aus der Form des Röntgenspektrums, die sich im Laufe der Zeit ändert. Dies könnte darauf hindeuten, dass sich aufgrund der hohen Leuchtkraft die inneren Regionen nach außen in eine sogenannte "Photosphäre" ausdehnen. Alternativ könnte der Blick, den wir auf diese Quelle im Vergleich zu anderen Quellen in unserer eigenen Galaxie haben, viel weniger durch Gas und Staub behindert sein. Erstmals konnte hier eine ULX geringerer Leuchtkraft eindeutig mit einem Doppelsternsystem in Verbindung gebracht werden, das ein Schwarzes Loch mit mindestens der 13-fachen Masse unserer Sonne enthält.

Natürlich würden die Astronomen ihre Ergebnisse gerne durch eine erneute Beobachtung der Quelle bei einem weiteren Ausbruch überprüfen. Wenn es sich bei dem Objekt in Andromeda allerdings wirklich um ein System analog zu den Röntgendoppelsternen in unserer eigenen Milchstraße handelt, müssen sich die Astronomen auf eine lange Wartezeit einstellen: solche Ausbrüche treten nur alle paar Jahrzehnten auf. Die Forscher hoffen daher auf die zahlreichen weiteren Röntgendoppelsterne in der Andromedagalaxie. Eventuell könnte sich darunter eine ähnliche Quelle befinden, die sich im Rahmen der laufenden Kampagne erfassen lässt.

Die Ergebnisse der Forscher werden in zwei Fachartikeln beschrieben, die in den Zeitschriften Astronomy & Astrophysics und Monthly Notices of the Royal Astronomical Society beschrieben sind.

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siehe auch
Schwarze Löcher: Neues Messverfahren spricht für Mittelklasse - 18. Mai 2007
Links im WWW
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (A&A)
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (MNRAS)
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