Schlagwort: Akkretionsscheibe

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Ein schwarzes Loch zerstört einen vorbeiziehenden Stern

Wenn ein Stern einem Schwarzen Loch zu nahe kommt, können ihn die Gezeitenkräfte auseinanderreißen; Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: NASA, JPL-Caltech

Beschreibung: Was geschieht mit einem Stern, der in die Nähe eines Schwarzen Lochs gelangt? Wenn der Stern ein massereiches Schwarzes Loch direkt trifft, fällt er als Ganzes hinein – und alles verschwindet.

Viel wahrscheinlicher ist jedoch, dass der Stern nahe genug an das Schwarze Loch herankommt, dass dessen Gravitation die äußeren Schichten des Sterns abzieht oder den Stern auseinanderreißt. Dann fällt ein Großteil vom Gas des Sterns nicht in das Schwarze Loch. Solche Ereignisse stellarer Gezeitenzerstörung können so hell wie eine Supernova sein, und ein immer größerer Teil dieser Ereignisse wird durch automatisierte Himmelsdurchmusterungen entdeckt.

Auf dieser künstlerischen Darstellung hat ein Stern gerade ein massereiches Schwarzes Loch passiert und verliert Gas, das im Orbit zurückbleibt. Der innere Rand einer Scheibe aus Gas und Staub, die das Schwarze Loch umgibt, wird von dem Zerstörungsereignis aufgeheizt und könnte nach dem Verschwinden des Sterns noch lange Zeit nachleuchten.

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Animation: Spiralscheibe um ein schwarzes Loch


Bildcredit: ESA, NASA, Hubble, M. Kornmesser

Beschreibung: Was sieht man, wenn man ein Schwarzes Loch umkreist? Viele Schwarze Löcher sind von wirbelnden Gasansammlungen umgeben, die als Akkretionsscheiben bezeichnet werden. Diese Scheiben können extrem heiß sein, und ein großer Teil des umkreisenden Gases fällt irgendwann durch den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs – von wo es nie wieder auftaucht.

Diese Animation ist eine künstlerische Darstellung der seltsamen Scheibe, die spiralförmig um das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Spiralgalaxie NGC 3147 wirbelt. Gas am inneren Rand dieser Scheibe kommt dem Schwarzen Loch so nahe, dass es sich ungewöhnlich schnell bewegt – mit 10 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. So schnelles Gas leuchtet relativistisch – dadurch erscheint die Seite der Scheibe, die sich auf uns zubewegt, deutlich heller als die Seite, die sich von uns entfernt. Diese Animation basiert auf Bildern von NGC 3147, die kürzlich mit dem Weltraumteleskop Hubble gemacht wurden.

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Wachsendes Schwarzes Loch mit Strahl

Siehe Erklärung. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Illustrationscredit: NASA, Swift, Aurore Simonnet (Sonoma State U.)

Beschreibung: Was passiert, wenn ein Schwarzes Loch einen Stern verschlingt?

Viele Details sind noch unbekannt, doch aktuelle Beobachtungen liefern neue Hinweise. 2014 wurde von den bodengebundenen Roboterteleskopen des Projekts der automatisierten Ganzhimmelssuche nach Supernovae (ASAS-SN) eine mächtige Explosion beobachtet und weiterverfolgt, unter anderem von den Instrumenten des NASA–Satelliten Swift im Erdorbit. Computermodelle dieser Emissionen passen zu einem Stern, der von einem fernen, sehr massereichen Schwarzen Loch auseinandergerissen wird. Die Ergebnisse einer solchen Kollision sind auf dieser künstlerischen Darstellung dargestellt.

Das Schwarze Loch selbst ist als winziger schwarzer Punkt in der Mitte dargestellt. Wenn Materie ins Loch fällt, kollidiert sie mit anderer Materie und erhitzt sich. Das Schwarze Loch ist von einer Akkretionsscheibe aus heißer Materie umgeben, die einst der Stern war, und aus der Rotationsachse des Schwarzen Lochs strömt ein Strahl.

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Massereiches Schwarzes Loch zerfetzt vorbeiziehenden Stern

Rechte am Illustrationsvideo: Raumfahrtzentrum Goddard der NASA, CI Lab

Was passiert, wenn ein Stern einem Schwarzen Loch zu nahe kommt? Kürzlich beobachteten Observatorien im Weltraum ein Ereignis im Zentrum einer fernen Galaxie, das als ASASSN-14li bezeichnet wird. Es erzählt anscheinend die zermürbende Geschichte eines Sterns. Eine genaue Auflösung ist zwar nicht möglich, doch Schwankungen im energiereichen Licht lassen vermuten, dass ein Teil des Sterns zerfetzt wurde und eine wirbelnde Scheibe um den dunklen Abgrund bildete.

Diese Video-Illustration zeigt das mögliche Szenario. Ein Strahl verläuft entlang der Rotationsachse des Schwarzen Lochs. Der weiß gefärbte innerste Teil der Scheibe leuchtet im Röntgenlicht am hellsten. Er treibt vielleicht einen periodischen, blau dargestellten Wind an.

Künftige Beobachtungen in Röntgen- und Ultraviolettlicht von Sternzerstörungen durch Schwarze Löcher – auch im Zentrum unserer Milchstraße – versprechen uns mehr Information zur komplexen Dynamik, die sich in einigen der heißesten Orte mit der stärksten Gravitation im Universum entwickelt.

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Kataklysmische Dämmerung

Hinter einem Gewässer, auf das man aus einer Höhle hinausblickt, strahlt am Horizont ein energiereiches Gebilde, das den Himmel rot färbt. Ein Strahl reicht nach oben zu einer Akkretionsscheibe. Links und rechts von dem Strahl sind die Sicheln von Himmelskörpern zu sehen.

Illustrationscredit und Bildrechte: Mark A. Garlick (Space-art.co.uk)

Beschreibung: Bringt diese Dämmerung eine neue Nova? Solche Überlegungen könnten Menschen der Zukunft anstellen, die auf einem Planeten leben, der in einem kataklysmischen veränderlichen Doppelsternsystem kreist. Bei kataklysmischen Veränderlichen fällt Gas von einem großen Stern auf eine Akkretionsscheibe um einen massereichen, aber kompakten weißen Zwergstern. Explosive kataklysmische Ereignisse wie eine Zwergnova können stattfinden, wenn ein Klumpen Gas im Inneren der Akkretionsscheibe über eine gewisse Temperatur erhitzt wird. An diesem Punkt fällt der Klumpen schneller auf den Weißen Zwerg und landet mit einem hellen Blitz. Solche Zwergnovae zerstören keinen der beide Sterne und können in unregelmäßigen Zeitabständen von wenigen Tagen bis zu zehn Jahren stattfinden. Zwar ist eine Nova weniger energiereich als eine Supernova, doch wenn wiederholte Novae nicht heftig genug sind, um mehr Gas auszustoßen als einfällt, sammelt sich die Masse auf dem Weißen Zwergstern an, bis dieser die Chandrasekhargrenze überschreitet. An diesem Punkt könnte eine Höhle im Vordergrund wenig Schutz bieten, da der gesamte Weiße Zwergstern in einer gewaltigen Supernova explodiert.

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Aussicht in der Nähe eines Schwarzen Lochs

Ein roter Strudel reicht wie ein Trichter in die Tiefe, unten leuchtet eine helle Kugel, von der ein Strahl senkrecht aufsteigt.

Illustrationscredit: April Hobart, CXC

Beschreibung: Im Zentrum eines Strudelbeckens aus heißem Gas sitzt wahrscheinlich ein Ungeheuer, das noch nie direkt zu sehen war: ein Schwarzes Loch. Untersuchungen des hellen Lichts, das vom wirbelnden Gas abgestrahlt wird, lassen häufig nicht nur auf ein Schwarzen Lochs schließen, sondern auch auf seine wahrscheinlichen Eigenschaften.

Man fand heraus, dass das Gas, das beispielsweise GRO J1655-40 umgibt, ungewöhnlich flackert. Die Frequenz des Flackerns beträgt 450 Mal pro Sekunde. Eine vorhergehende Abschätzung der Masse des Zentralobjekts ergab sieben Sonnenmassen. Daher kann die Frequenz des schnellen Flackerns durch ein Schwarzes Loch erklärt werden, das sehr schnell rotiert.

Welche physikalischen Mechanismen das Flackern und eine langsamere quasiperiodische Schwingung in Akkretionsscheiben um Schwarze Löcher und Neutronensterne verursacht, wird noch erforscht.

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Die wolkigen Kerne aktiver Galaxien


Bildcredit: NASA’s GSFC, W. Steffen (UNAM)

Beschreibung: Wie sieht es aus, wenn man ins Zentrum einer aktiven Galaxie reist? Vermutlich enthalten die meisten Galaxienzentren Schwarze Löcher, Millionen Mal massereicher als unsere Sonne. Die Räume, die diese sehr massereichen Schwarzen Löcher umgeben, sind jedoch vielleicht alles andere als ruhig, sie flackern in vielen Farben, daher trägt die gesamte Objektklasse die Bezeichnung „Aktive galaktische Kerne“ (AGK).

Dieses Video zeigt, wie ein aktiver galaktischer Kern aus der Nähe aussehen könnte. AGK besitzen üblicherweise massereiche Akkretionsscheiben, die das zentrale Schwarze Loch speisen, und mächtige Strahlen schießen elektrisch geladene Materie weit ins umgebende Universum.

Wolken aus Gas und Staub umkreisen die zentralen Schwarzen Löcher, und in jüngster Zeit erkannte man, dass diese so dicht sind, dass sie sogar gelegentlich die alles durchdringenden Röntgenstrahlen ausblenden, sodass sie uns nicht erreichen. Solche Trübungen des Röntgenlichtes können Stunden oder Jahre dauern und wurden bei der Analyse von Daten entdeckt, die im Laufe von mehr als einem Jahrzehnt vom Rossi–X-ray-Timing-Explorer (RXTE) der NASA gewonnen wurden.

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Schwere Strahlen eines Schwarzen Lochs in 4U1630-47

Das Bild ist eine Illustration des Sternsystems 4U1630-47. Links in der Mitte ist eine rotierende Scheibe, außen rot, innen gelb. Nach oben und unten schießt senkrecht zur Scheibe ein Strahl heraus. Rechts ist ein großer, blauweißer Stern, von dem Materie zur Akkretionsscheibe fließt.

Illustrationscredit: NASA, CXC, M. Weiss

Woraus bestehen die Strahlen eines Schwarzen Lochs? Viele Schwarze Löcher in Sternsystemen sind vermutlich von Scheiben umgeben. Sie bestehen aus Gas und Plasma, das durch Gravitation von einem nahen Begleitstern abgesaugt wird. Ein Teil dieser Materie wird vom Sternsystem als mächtiger Strahl ausgestoßen, nachdem sie sich dem Schwarzen Loch genähert hat. An den Polen des rotierenden Schwarzen Lochs strömt ein Strahl nach oben und einer nach unten.

Es gibt aktuelle Hinweise, dass diese Strahlen nicht nur aus Elektronen und Protonen bestehen, sondern auch aus den Kernen schwerer Elemente wie Eisen und Nickel. Die Entdeckung wurde im System 4U1630-47 gemacht, und zwar mit einer kompakten Anordnung an Radioteleskopen im Osten Australiens, die von CSIRO betrieben wird, sowie mit dem Satelliten XMM-Newton der Europäischen Weltraumorganisation in der Erdumlaufbahn.

Das Sternsystem 4U1630-47 ist oben künstlerisch dargestellt. Rechts ragt ein großer blauer Stern ins Bild. Von einem Schwarzen Loch im Zentrum der Akkretionsscheibe links strömen Strahlen nach oben und unten. Das Sternsystem 4U1630-47 enthält vermutlich nur ein kleines Schwarzes Loch mit wenigen Sonnenmassen. Trotzdem ist die Schlussfolgerung aus dieser Beobachtung bedeutsam, nämlich dass auch größere Schwarze Löcher Strahlen mit massereichen Kernen ins Universum ausstoßen.

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