Schlagwort: NuSTAR

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NuSTAR zeigt die Sonne im Röntgenlicht

Sonne in UV-Licht und Röntgenlicht. Bilder des Röntgensatelliten Nuclear Spectroscopic Telescope Array NuSTAR liefern Hinweise, warum die Zonen über Sonnenflecken so heiß sind.

Bildcredit: NASA, NuSTAR, SDO

Beschreibung: Warum sind die Zonen über Sonnenflecken so heiß?

Sonnenflecken sind etwas kühler als die umgebende Sonnenoberfläche, weil die Magnetfelder, die sie erzeugen, die Aufheizung durch den Strömungstransport verringern. Daher ist es erstaunlich, dass die Regionen darüber – sogar viel höher oben in der Sonnenkorona – hundertmal heißer sein können.

Um herauszufinden, warum das so ist, richtete die NASA das sehr empfindliche Röntgenteleskop des Satelliten Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) im Erdorbit zur Sonne. Dieses Bild zeigt die Sonne in ultraviolettem Licht, die Aufnahmen mit dem Solar Dynamics Observatory (SDO) im Orbit sind rot dargestellt. In Falschfarben-Grün und -Blau wurden Emissionen oberhalb von Sonnenflecken in darübergelegt, die von NuSTAR in verschiedenen Bändern energiereicher Röntgenstrahlen erfasst wurden, diese zeigen Regionen mit extrem hoher Temperatur.

NuSTAR-Bilder wie dieses liefern Hinweise zum Mechanismus der Aufheizung der Sonnenatmosphäre und und werfen ein neues Licht auf solare Nanoflares und Mikroflares als kurze Energieschübe, welche die ungewöhnliche Erwärmung verursachen könnten.

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Arp 299: Schwarze Löcher in kollidierenden Galaxien

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

Bildcredit: NASA, JPL-Caltech, GSFC, Hubble, NuSTAR

Beschreibung: Spuckt nur ein schwarzes Loch energiereiche Strahlung – oder zwei? Um das herauszufinden, richteten Astronomen das NASA-Teleskop NuSTAR im Erdorbit auf die rätselhaften kollidierenden Galaxien Arp 299, welche die Strahlung ausstoßen. Die beiden Galaxien von Arp 299 sind für Millionen Jahre in einem Gravitationskampf gefangen, während ihre zentralen Schwarzen Löcher bald selbst kämpfen werden.

Dieses hoch aufgelöste Bild in sichtbarem Licht wurde von Hubble fotografiert. Das darübergelegte diffuse Röntgenleuchten wurde von NuSTAR abgebildet und ist in Falschfarbenrot, -grün und -blau dargestellt. Die NuSTAR-Beobachtungen zeigen bei nur einem der zentralen Schwarzen Löcher, wie es sich durch eine Region aus Gas und Staub kämpft und dabei Materie absorbiert und Röntgenlicht abstrahlt. Die energiereiche Strahlung stammt nur vom rechten Galaxienzentrum und entsteht sicherlich in der Nähe – jedoch außerhalb – des Ereignishorizonts des zentralen Schwarzen Loches. In Milliarden Jahren bleibt nur eine Galaxienkomponente übrig und nur ein zentrales massereiches Schwarzes Loch. Bald danach stürzt sich jedoch eine andere Galaxie ins Getümmel.

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NuSTAR zeigt die Sonne in Röntgenlicht

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Bildcredit: NuSTAR, SDO, NASA

Beschreibung: Warum sind Bereiche über Sonnenflecken so heiß? Sonnenflecken sind ein bisschen kühler als die umgebende Sonnenoberfläche, weil die sie erzeugenden Magnetfelder das Aufheizen durch Konvektion verringern. Daher ist es ungewöhnlich, dass Regionen oberhalb – in der Sonnenkorona sogar viel höher oben – Hunderte Male heißer sein können. Um die Ursache zu finden, lenkte die NASA den Satelliten Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) so, dass sein sehr empfindliches Röntgenteleskop auf die Sonne gerichtet war. Oben ist die Sonne in Ultraviolettlicht zu sehen. In roten Farbtönen ist eine Aufnahme des erdumkreisenden Solar Dynamics Observatory (SDO) abgebildet. Die Sonnenflecken sind mit Emissionen in Falschfarben-Grün und -Blau überlagert, die von NuSTAR in anderen Hochenergie-Röntgenfrequenzbereichen gemessen wurden, welche Regionen mit extrem hoher Temperatur zeigen. Hinweise auf den Mechanismus, der die Sonnenatmosphäre aufheizt, kommen wohl nicht nur von diesem Erstbild. Künftige NuSTAR-Bilder sollen vermutete Nano-Eruptionen finden – kurze Energieausbrüche, welche die ungewöhnliche Aufheizung steuern könnten.

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Rotationsbeschleunigung eines massereichen Schwarzen Lochs

Das Bild zeigt eine schräg liegende orange beleuchtete Akkretionsscheibe, aus der Mitte strömt ein blau leuchtender Jet.

Illustrations-Credit: Robert Hurt, NASA/JPL-Caltech

Wie schnell kann ein Schwarzes Loch rotieren? Wenn sich ein Objekt aus normaler Materie zu schnell dreht, bricht es auseinander. Doch ein Schwarzes Loch sollte nicht auseinanderbrechen können – und seine maximale Rotationsgeschwindigkeit ist tatsächlich nicht bekannt.

Theoretiker* modellieren schnell rotierende Schwarze Löcher üblicherweise mit der Kerr-Metrik zu Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Diese sagt mehrere überraschende und ungewöhnliche Dinge vorher. Die vielleicht am einfachsten nachprüfbare Prognose besagt, dass Materie, die in ein mit maximaler Geschwindigkeit rotierendes Schwarzes Loch fällt, zuletzt sichtbar sein sollte, wenn sie das Schwarze Loch fast mit Lichtgeschwindigkeit umkreist. Das sollte man aus großer Entfernung beobachten können.

Diese Prognose wurde kürzlich mit den Satelliten NuSTAR der NASA und XMM der ESA untersucht. Dafür wurde das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Spiralgalaxie NGC 1365 beobachtet.

Die Grenze nahe der Lichtgeschwindigkeit wurde bestätigt, indem man die Aufheizung und die Verbreiterung der Spektrallinien von Kernemissionen nahe dem inneren Rand der Akkretionsscheibe vermaß.

Die künstlerische Darstellung oben zeigt eine Akkretionsscheibe aus normaler Materie, die um ein Schwarzes Loch wirbelt, und einen Strahl, der aus der Oberseite strömt. Materie, die zufällig in das Schwarze Loch fällt, sollte die Rotation eines Schwarzen Lochs nicht so stark beschleunigen. Daher bestätigen die Messungen von NuSTAR und XMM auch die Existenz der umgebenden Akkretionsscheibe.

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Cas A in sichtbarem Licht und Röntgenlicht

Mitten im Bild ist eine verschwommene, farbige Wolke, umgeben von einem gleichmäßigen Sternenfeld. Die Wolke ist der Überrest der Supernova Cas A.

Bildcredit: Röntgen: NASA, JPL-Caltech, NuSTAR; Optisch: Ken Crawford (Rancho Del Sol Obs.)

Der Supernovaüberrest Cassiopeia A (Cas A) ist das Nachleuchten einer kosmischen Katastrophe. Er ist behagliche 11.000 Lichtjahre entfernt. Das Licht der Supernova Cas A, der finalen Explosion eines massereichen Sterns, erreichte vor 330 Jahren die Erde. Die Trümmerwolke der Explosion dehnt sich immer noch aus. Sie ist etwa 15 Lichtjahre groß und liegt in der Mitte dieses Kompositbildes.

Die Szenerie kombiniert Farbdaten des Sternfeldes und der zarteren Filamente im sichtbaren Licht mit Daten des Röntgenteleskops NuSTAR im Orbit. Die Röntgendaten wurden in blauen Falschfarbtönen abgebildet. Sie zeichnen den zersplitterten äußeren Ring der expandierenden Stoßwelle nach. Die Energie der Stoßwelle ist bis zu 10.000-mal höher ist als die Energie der Photonen im sichtbaren Licht.

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Das Schwarze Loch in der Milchstraße

Das Bild im Hintergrund zeigt das Zentrum der Milchstraße. Ein Einschub in der Bildmitte zeigt eine Vergrößerung davon. Rechts daneben sind drei Bilder eines Lichtausbruchs untereinander gezeigt.

Bildcredit: NASA, JPL-Caltech, Projekt NuSTAR

Das Zentrum unserer Milchstraße ist etwa 27.000 Lichtjahre von uns entfernt. Darin befindet sich ein Schwarzes Loch mit vier Millionen Sonnenmassen. Es wird als Sagittarius A* (gesprochen: Sagittarius A Stern) bezeichnet.

Das Schwarze Loch der Milchstraße ist zum Glück freundlich gestimmt, wenn man es mit Schwarzen Löchern in fernen aktiven Galaxien vergleicht. Es verschlingt die Materie um sich herum mit viel mehr Ruhe. Von Zeit zu Zeit blitzt es jedoch auf.

Kürzlich wurde ein Ausbruch beobachtet, der mehrere Stunden dauerte. Er wurde auf dieser Serie erstklassiger Röntgenbilder des Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) in der Erdumlaufbahn dokumentiert.

NuSTAR startete am 13. Juni ins All. Es ist das erste Teleskop, das scharfe Ansichten der Region um Sgr A* in dem Röntgen-Spektralbereich liefert, der jenseits der Spektralbereiche liegt, die mit den Weltraumteleskopen Chandra und XMM aufgenommen werden können.

Die drei Bildfelder ganz rechts zeigen das kürzliche Aufflackern. Es wurde im Lauf von zwei Beobachtungstagen von NuSTAR beobachtet. Röntgenstrahlen entstehen in Materie, die auf über 100 Millionen Grad Celsius aufgeheizt und die fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird, wenn sie in das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße fällt.

Das groß eingefügte Röntgenbild ist etwa 100 Lichtjahre breit. Die helle, weiße Region darin zeigt die heißeste Materie, die dem Schwarzen Loch am nächsten kommt. Die rosarote Wolke gehört wahrscheinlich zu einem nahe gelegenen Supernovaüberrest.

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NuSTAR-Röntgenteleskop gestartet

Die Grafik zeigt den Aufbau und die Funktion von NuSTAR. Links ist die Fokusebene mit den Detektoren sowie das Solarpaneel. Rechts ist die Optik des Röntgenteleskops. Die beiden Teile sind mit einem leichten Mast miteinander verbunden.

Illustrationscredit und Bildrechte: Fiona Harrison et al., Caltech, NASA

Was bleibt übrig, wenn ein Stern explodiert? Um das herauszufinden, startete die NASA letzte Woche NuSTAR – das Nuclear Spectroscopic Telescope Array – in den Erdorbit. NuSTAR fokussiert harte Röntgenstrahlen, die von Atomkernen abgestrahlt werden.

Mit NuSTAR werden unter anderem die Umgebungen von Supernovaüberresten untersucht. Man erforscht, warum diese Supernovae explodierten, welche Arten von Objekten dabei entstanden sind und warum ihre Umgebung so heiß leuchtet. NuSTAR bietet uns auch einen beispiellosen Blick auf die heiße Korona unserer Sonne, heiße Gase in Galaxienhaufen und das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxis.

Das Bild oben ist eine künstlerische Illustration. Es zeigt, wie NuSTAR arbeitet. Das Teleskop untersucht Röntgenstrahlen, die zum Beispiel auch beim Zahnarzt eingesetzt werden. Die Röntgenstrahlen treten rechts in das Teleskop ein. Sie streifen zwei Reihen paralleler Spiegel entlang. Die Spiegel fokussieren die Strahlen auf die Detektoren links. Die beiden Einheiten sind mit einem langen, leichten Mast verbunden. Das ganze Instrument wird von den Solarpaneelen links oben mit Energie versorgt.

Der Reiz von NuSTAR besteht nicht nur in den erwarteten Ergebnissen, sondern auch in einem neuen Blick ins Universum auf bisher völlig unbekannte Dinge, die vielleicht entdeckt werden. NuSTAR bleibt voraussichtlich zwei Jahre in Betrieb.

Foliensatz (ASOW) NuSTAR von PI Fiona Harrison: Download
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