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SCHHWARZE LÖCHER
Riesiges Schwarzes Loch verschlingt Stern
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik Universität Jena
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25. Juli 2015

In alten Archivdaten haben Astronomen jetzt ein gewaltiges Schwarzes Loch entdeckt, das gerade dabei ist, einen großen Stern zu zerreißen und anschließend zu verschlingen. Es ist das massereichste Schwarze Loch, bei dem ein derartiger Vorgang bislang verfolgt werden konnte. Die Beobachtungen verraten den Forschern einiges über das Wachstumsverhalten Schwarzer Löcher.

Schwarzes Loch

Momentaufnahme aus einer Computersimulation, in der ein Stern durch ein sehr massereiches Schwarzes Loch zerrissen wird. Bild: J. Guillochon (Harvard University) und E. Ramirez-Ruiz (University of California at Santa Cruz)  [Großansicht]

Es war ein Zufallsfund: Dr. Andrea Merloni und die Mitglieder seines Teams am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching bei München werteten das riesige Datenarchiv des Sloan Digital Sky Survey (SDSS) aus, um eine zukünftige Satellitenmission im Röntgenbereich vorzubereiten. Die SDSS-Himmelsdurchmusterung beobachtet regelmäßig einen großen Teil des Nachthimmels im optischen Licht. Dazu werden Spektren von Millionen Galaxien und Schwarzen Löchern genommen.

Aus ganz unterschiedlichen Gründen wurden für einige Objekte mehrmals Spektren aufgenommen. Als sich das Team eines dieser Objekte mit mehreren Spektren - mit der Katalognummer SDSS J0159+0033 - genauer ansah, fiel ihnen eine erstaunliche Veränderung auf. "In der Regel ändern sich Galaxien nur unwesentlich im Laufe des Arbeitslebens eines Astronomen, also auf einer Zeitskala von Jahren oder Jahrzehnten", so Merloni, "aber dieses Objekt zeigte eine dramatische Veränderung seines Spektrums, genau so, als ob das zentrale Schwarze Loch ein- und wieder ausgeschaltet wurde."

Dies passierte zwischen 1998 und 2005, aber niemandem war das seltsame Verhalten dieser Galaxie aufgefallen - bis Ende letzten Jahres, als zwei Gruppen von Wissenschaftlern bei der Vorbereitung zur nächsten (vierten) Generation der SDSS-Himmelsdurchmusterung unabhängig über diese Daten stolperten.

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Durch einen glücklichen Zufall haben die beiden wichtigsten derzeitigen Röntgenobservatorien, XMM-Newton der ESA und Chandra der NASA, zeitnah zum Maximum des Aufleuchtens ebenfalls Bilder dieser Himmelsregion gemacht und noch anschließend einmal etwa zehn Jahre später. Diese hochenergetische Strahlung lieferte den Astronomen einzigartige Informationen, wie das Material in unmittelbarer Nähe zum zentralen Schwarzen Loch "verarbeitet" wird. 

Gigantische Schwarze Löcher gibt es in den Zentren aller großen Galaxien im Universum. Die meisten Astronomen gehen davon aus, dass sie ihre enorme, heute beobachtete Größe, größtenteils durch die Fütterung mit interstellarem Gas erreichten. Das Gas ist dabei nicht in der Lage, der riesigen Anziehungskraft des Schwarzen Lochs zu entkommen und wird von diesem verschlungen.

Ein solcher Prozess erfolgt über eine sehr lange Zeit und kann aus einem relativ kleinen Schwarzen Loch, das bei der Explosion eines schweren Sterns erzeugt wird, ein gewaltiges supermassereiches Schwarzes Loch machen, wie sie im Zentrum von Galaxien vorkommen. Allerdings enthalten Galaxien auch mehrere Milliarden Sterne.

Einige davon können zu nahe an das zentrale Schwarze Loch geraten, wo sie durch extreme Gezeitenkräfte auf spektakuläre Weise zerrissen werden. Überreste des Sterns wirbeln Stück für Stück in das Schwarze Loch und produzieren riesige Strahlenausbrüche, die einige Monate bis zu einem Jahr lang so hell wie alle übrigen Sterne in der Galaxie aufleuchten. Diese seltenen Ereignisse nennt man "Tidal Disruption Flares" (TDF).

Merloni und seinen Mitarbeiter war schnell klar, dass das beobachtete Aufleuchten nahezu perfekt die Erwartungen der theoretischen Modelle erfüllt. Außerdem stellten sie fest, dass ihr System um einiges eigentümlicher war als die wenigen, die bis jetzt gefunden wurden. Mit einer geschätzten Masse von 100 Millionen Sonnenmassen, handelt es sich nämlich um das massereichste Schwarze Loch, das beim "Sternzerreißen" bisher je entdeckt wurde.

Die schiere Größe des Systems ist jedoch nicht der einzige interessante Aspekt dieses Strahlungsausbruches: Es ist auch zudem das erste System, bei dem die Wissenschaftler mit einiger Sicherheit annehmen können, dass sich das Schwarze Loch in jüngster Zeit (ein paar Zehntausende von Jahren) standardmäßig von interstellarem Gas ernährte. Dies ist ein wichtiger Hinweis darauf, welchen "Speiseplan" Schwarze Löcher haben - eine gute Mischung aus Sternen und Gas.

"Louis Pasteur sagte: 'Der Zufall begünstigt den vorbereiteten Geist'. Aber in unserem Fall war niemand wirklich bereit", wundert sich Merloni. "Wir hätten dieses einmalige Objekt bereits vor zehn Jahren entdecken können, aber wir wussten nicht, wonach wir suchen müssen. In der Astronomie geschieht es recht häufig, dass wir den Fortschritt in unserem Verständnis des Kosmos zufälligen Entdeckungen verdanken. Jetzt haben wir eine bessere Vorstellung davon, wie wir mehr solche Ereignisse finden können; und zukünftige Instrumente werden unsere Reichweite erheblich erweitern."

In weniger als zwei Jahren wird das neue leistungsstarke Röntgenteleskop eROSITA, das derzeit am MPE gebaut wird, auf dem russisch-deutschen SRG-Satelliten in die Umlaufbahn gebracht werden. Es wird den gesamten Himmel mit der richtigen Taktung und Empfindlichkeit durchmustern, und dabei Hunderte neuer TDFs zu entdecken.

Auch große optische Teleskope werden derzeit entwickelt und gebaut, um den zeitlich veränderlichen Himmel zu studieren. Diese Beobachtungen werden wesentlich zur Lösung des Rätsels um die Ernährung Schwarzer Löcher beitragen. Die Astronomen müssen vorbereitet sein, diese dramatischen letzten Augenblicke im Leben eines Sterns einzufangen. Und selbst wenn sie bereit sind: der Himmel wird mit immer neuen Überraschungen aufwarten.

Über ihre Entdeckung berichten die Astronomen in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erschienen ist.

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siehe auch
Chandra: Schwarzes Loch verschmäht manches Material - 2. September 2013
Gaswolke im Milchstraßenzentrum: Zerrissen vom supermassereichen Schwarzen Loch - 17. Juli 2013
Milchstraßenzentrum: Gaswolke nähert sich Schwarzem Loch - 14. Dezember 2011
Milchstraße: "Todesschrei" vom Rand des Schwarzen Lochs - 3. November 2003
VLT: Rasender Stern um das zentrale Schwarze Loch - 21. Oktober 2002
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
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