Schlagwort: Röntgen

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Unerwartete Röntgenstrahlen vom Perseus-Galaxienhaufen

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Bildcredit: Röntgen: NASA/CXO/Oxford University/J. Conlon et al.; Radio: NRAO/AUI/NSF/Univ. of Montreal/Gendron-Marsolais et al.; Optisch: NASA/ESA/IoA/A. Fabian et al.; DSS

Beschreibung: Warum leuchtet der Perseus-Galaxienhaufen so seltsam in einer bestimmten Röntgen-Wellenlänge? Das ist nicht bekannt, doch eine viel diskutierte Hypothese besagt, dass diese Röntgenstrahlen ein Hinweis auf die lange gesuchte Form der Dunklen Materie sind. Das Rätsel dreht sich um eine Röntgenfarbe von 3,5 Kiloelektronenvolt (KeV), die nur dann stark zu leuchten scheint, wenn man Bereiche weit außerhalb des Haufenzentrums beobachtet. Im Bereich unmittelbar um ein wahrscheinliches zentrales, sehr massereiches Schwarzes Loch mangelt es jedoch an 3,5 KeV-Röntgenstrahlen.

Ein ziemlich umstrittener Lösungsvorschlag besagt, dass es sich um etwas nie zuvor Gesehenes handeln könnte: fluoreszierende Dunkle Materie (FDM). Diese Art Dunkler Teilchenmaterie könnte 3,5-KeV-Röntgenstrahlung absorbieren. Falls dem so ist, könnte FDM nach Absorption dieses Röntgenlicht später aus dem ganzen Haufen abstrahlen, wobei eine Emissionslinie entsteht. Sieht man sie jedoch vor der Zentralregion, die das Schwarze Loch umgibt, müsste die Absorption von FDM deutlicher ausfallen und eine Absorptionslinie erzeugen.

Dieses Kompositbild des Perseus-Galaxienhaufens zeigt sichtbares Licht und Radiolicht in Rot und Röntgenlicht, das vom Weltraumobservatorium Chandra aufgenommen wurde, in Blau.

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Röntgen-Echos von Circinus X-1

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Bildcredit: Röntgen – NASA/CXC/Univ. Wisconsin-Madison/S.Heinz et al, Optisch – DSS

Beschreibung: Circinus X-1 ist ein Röntgen-Doppelstern, er ist bekannt für seine sprunghafte Veränderlichkeit. Im seltsamen Circinus-X-1-System kreist ein dichter Neutronenstern – der kollabierte Rest einer Supernova-Explosion – um einen gewöhnlicheren Begleitstern. Monatelange Beobachtungen des Röntgen-Doppels nach einem heftigen Röntgenausbruch der Quelle 2013 zeigten nach und nach auffällige konzentrische Ringe – helle Röntgen-Lichtechos von vier dazwischen liegenden Wolken aus interstellarem Staub. Auf diesem Komposit aus Röntgendaten und sichtbarem Licht sind die Schneisen der Chandra-Röntgenbilddaten, welche teilweise die Umrisse der Ringe zeigen, in Falschfarben dargestellt. Interessanterweise ergab die zeitliche Bestimmung der Röntgen-Echos zusammen mit den bekannten Entfernungen zu den interstellaren Staubwolken, dass die zuvor sehr ungenau bekannte Entfernung zu Circinus X-1 exakt 30.700 Lichtjahre beträgt.

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M106 im ganzen Spektrum

Aus einer Spiralgalaxie mit Staubbahnen und rötlichen Sternbildungsgebieten ragen violette Arme, die sich über die Galaxienscheibe erheben. Sie sind auf Bildern in sichtbarem Licht nicht zu sehen.

Bildcredits: Röntgen – NASA / CXC / Caltech / P.Ogle et al., Optisch – NASA/STScI, Infrarot – NASA/JPL-Caltech, Radio – NSF/NRAO/VLA

Die Spiralarme der hellen, aktiven Galaxie M106 breiten sich auf diesem Multiwellenlängen-Porträt aus. Es entstand aus Bilddaten von Radio- bis Röntgenstrahlen und zeigt die Galaxie im ganzen elektromagnetischen Spektrum. M106 ist auch als NGC 4258 bekannt. Sie befindet sich im nördlichen Sternbild Jagdhunde. Die gut vermessene Entfernung zu M106 beträgt 23,5 Millionen Lichtjahre. Damit hat diese kosmische Szenerie einen Durchmesser von etwa 60.000 Lichtjahren.

Typisch für große Spiralgalaxien sind dunkle Staubbahnen, junge Sternhaufen und Sternbildungsgebiete. Sie säumen die Spiralarme, die in einem hellen Kern zusammenlaufen.

Doch dieses Komposit betont zwei anomale Arme in Radio (violett) und Röntgen (blau). Sie erheben sich anscheinend aus der Zentralregion von M106. Sie sind Hinweise auf energiereiche Strahlströme von Materie, die in die Galaxienscheibe rasen. Die Strahlen werden wahrscheinlich mit Materie gespeist, die in ein massereiches zentrales Schwarzes Loch fällt.

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Der stille Sagittarius A*

Im Bild sind rote gewundene nebelige Arme verteilt, darin sind gelbe und blaue unscharfe Lichtflecken verteilt. In der Mitte ist ein Quadrat markiert, das rechts oben vergrößert dargestellt ist. Es zeigt eine Nebelstruktur mit einem hellen Zentrum.

Bildcredit: Röntgen – NASA / CXC / Q. Daniel Wang (UMASS) et al., Infrarot – NASA/STScI

Heißes Gas ist schwer zu schlucken. Das gilt anscheinend auch für das extrem massereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxis. Das Schwarze Loch in der Milchstraße ist als die Quelle Sagittarius A* bekannt. Es befindet sich in der Mitte dieses Komposits. Darauf ist Infrarot in roten und gelben Farbtönen dargestellt, Röntgenstrahlung in blauen Farben.

Eine unscharfe Emission umgibt das Schwarze Loch. Sie wurde im Rahmen einer umfangreichen Beobachtungskampagne mit dem Röntgenteleskop Chandra aufgenommen. Der eingefügte Ausschnitt zeigt die Nahaufnahme im Detail, er ist etwa 1/2 Lichtjahr breit. Das galaktische Zentrum ist ungefähr 26.000 Lichtjahre entfernt.

Astronomen* fanden heraus, dass die Röntgenemission von heißem Gas stammt, das aus den Winden massereicher junger Sterne in der Region abgezogen wird. Die Chandra-Daten zeigen, dass höchstens ein Prozent des Gases im Gravitationsbereich des Schwarzen Loches jemals den Ereignishorizont erreicht und genug Hitze und Drehimpuls verliert, um in das Schwarze Loch zu stürzen. Der Rest des Gases entweicht als Ausfluss.

Das Ergebnis erklärt, warum das zentrale Schwarze Loch in der Milchstraße so ruhig ist. Es ist viel blasser, als man im energiereichen Röntgenspektralbereich erwarten würde. Das gilt wahrscheinlich für die meisten extrem massereichen Schwarzen Löcher in Galaxien im nahen Universum.

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Großteleskope der Erde untersuchen GRB 130427A

Eine Kugel vor schwarzem Hintergrund ist von blauen Flecken übersät. Über der Mitte ist ein weißes Licht mit einem roten Rand.

Illustrationscredit: NASA, DOE, Fermi-LAT-Collaboration

Im nahen Universum fand eine gewaltige Explosion statt. Nun ermitteln Großteleskope auf der ganzen Welt und im All. Der Gammablitz trägt die Bezeichnung GRB 130427A. Er wurde zuerst vom Satelliten Swift im Erdorbit im energiereichen Röntgenspektrum entdeckt. Dieser meldete den Ausbruch rasch der Erde.

Nur drei Minuten später fand das Teleskop ISON die Explosion im sichtbaren Licht. Es stellte seine extreme Helligkeit fest und gab genauere Koordinaten weiter. ISON in New Mexico hat einen halben Meter Durchmesser.

In den nächsten Minuten wurde die helle optische Entsprechung von mehreren rasch ausrichtbaren Teleskopen verfolgt. Dazu gehörten das 2-Meter-Teleskop P60 in Kalifornien, das 1,3-Meter-Teleskop PAIRTEL in New Mexico und das 2 Meter große Faulkes Telescope North auf Hawaii.

In nur zwei Stunden ermittelte das 8,2-Meter-Teleskop Gemini Nord auf Hawaii eine Rotverschiebung von 0,34. Damit positionierte es die Explosion in eine Entfernung von etwa 3,6 Milliarden Lichtjahren. Das ist in kosmologischen Größenordnungen relativ nahe.

Daten der RAPTOR-Ganzhimmelsüberwachung wurden analysiert. Sie wurden schon zuvor aufgenommen. Dabei entdeckt man eine sehr helle optische Entsprechung mit 7,4 Größenklassen. Diese trat 50 Sekunden vor dem Swift-Auslöseimpuls auf.

GRB 130427A war der hellste Ausbruch der letzten Jahre. Auch das Very Large Array VLA detektierte in energiearmen Radiowellenlängen ein Signal von GRB 130427A. Auch der Satellit Fermi maß es, und zwar in den höchsten je gemessenen Energiebereichen.

Neutrinodetektoren, Gravitationswellenteleskope und Observatorien, die für das Aufspüren extrem energiereicher Photonen gebaut wurden, suchen in ihren Daten nach einem Signal von GRB 130427A.

Diese Animation zeigt, wie der ganze Gammastrahlenhimmel einen Augenblick lang vom intensiven Leuchten von GRB 130427A überstrahlt wird. Die optische Entsprechung wird weithin beobachtet, denn es besteht die Möglichkeit, dass bald das Leuchten einer klassischen Supernova folgt.

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Röntgenstrahlen des Supernovaüberrestes SN 1006

Bildfüllend ist ein rotes, rundes Objekt dargestellt. Es erinnert an eine Quaste aus Wolle und ist am Rand von einer schimmernden Oberfläche überzogen.

Bildcredit: NASA/CXC/P. Frank Winkler (Middlebury-College)

Es sieht wie ein Bovist aus. Doch es ist der Überrest einer der sicherlich hellsten Supernovae der Geschichte. 1006 n. Chr. wurde sie als Aufhellung am Nachthimmel über Regionen beschrieben, die nun als China, Ägypten, Irak, Italien, Japan und die Schweiz bekannt sind.

Die sich ausdehnende Trümmerwolke im südlichen Sternbild Wolf (Lupus) stammt von der Explosion. Sie bietet immer noch ein kosmisches Spektakel im gesamten elektromagnetischen Spektrum.

Dieses Bild entstand aus Aufnahmen in drei Farben des Röntgenlichts. Sie wurden mit dem Röntgenobservatorium Chandra im Orbit aufgenommen. Die Trümmerwolke ist als Supernovaüberrest SN 1006 bekannt. Sie ist etwa 60 Lichtjahre groß und besteht aus den Überresten eines Weißen Zwergsterns.

Der kompakte weiße Zwerg war Teil eines Doppelsternsystems. Er sammelte nach und nach Materie seines Begleitsterns an. Der Materiezuwachs löste schließlich eine thermonukleare Explosion aus, die den Zwergstern zerstörte.

Die Entfernung zum Supernovaüberrest beträgt etwa 7000 Lichtjahre. Somit fand diese Explosion tatsächlich 7000 Jahre vor der Ankunft des Lichts 1006 bei der Erde statt. Stoßwellen im Überrest beschleunigen Teilchen auf extreme Energien. Sie gelten als Quelle der rätselhaften kosmischen Strahlen.

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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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