Schlagwort: Schwarzes Loch

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Das galaktische Zentrum in Infrarot von 2MASS

Von links unten nach rechts oben verläuft ein dunkelbraunes gefasertes Staubband vor einem Teppich aus Sternen.

Credit: 2MASS-Projekt, U. Mass., IPAC/Caltech, NSF, NASA

Beschreibung: Das Zentrum unserer Galaxis ist ein lebhafter Ort. Im sichtbaren Licht ist ein Großteil des galaktischen Zentrums von undurchsichtigem Staub verdeckt. Im Infrarotlicht leuchtet Staub stärker und verdeckt weniger. Dadurch wurde die Aufnahme fast einer Million Sterne im oben gezeigten Bild möglich.

Das galaktische Zentrum leuchtet links unten. Es liegt etwa 30.000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Schütze (Sagittarius). Die galaktische Ebene der Milchstraße – in dieser Ebene kreist auch die Sonne – ist an der dunklen diagonalen Staubbahn erkennbar. Die undurchsichtigen Staubkörner entstehen in den Atmosphären kühler roter Riesensterne, aus ihnen entstehen Molekülwolken.

Die Region um das galaktische Zentrum leuchtet hell im Radiobereich und in energiereicher Strahlung. Das galaktische Zentrum enthält wahrscheinlich ein riesiges Schwarzes Loch.

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Schwarze Löcher in verschmelzenden Galaxien

Das Mosaik zeigt mehrere Bildfelder mit Galaxienkollisionen, die bei einer Durchmusterung erstellt wurden.

Credit: NASA / Swift / NOAO / Michael Koss und Richard Mushotzky (Univ. Maryland)

Beschreibung: Gewaltige Galaxienverschmelzungen können sehr massereiche Schwarze Löcher speisen. Theoretisch ist das Ergebnis starke Strahlung aus den Regionen um sehr massereiche Schwarze Löcher, das führt zu einigen der leuchtstärksten Objekten im Universum. Astronom*innen bezeichnen sie als aktive galaktische Kerne (AGN).

Jahrzehntelang stand jedoch anscheinend nur etwa 1 Prozent der AGN im Zusammenhang mit Galaxienverschmelzungen. Neue Ergebnisse einer Himmelsdurchmusterung des NASA-Satelliten Swift im harten (energiereichen) Röntgenlicht zeigt nun jedoch einen starken Zusammenhang von AGN mit verschmelzenden Galaxien. Die harte Röntgenstrahlung durchdringt die Staub- und Gaswolken in verschmelzenden Galaxien leichter. So zeigt sich, dass Strahlung von aktiven Schwarzen Löchern vorhanden ist.

In den Bildfeldern sind die Orte eingekreist, an denen im Röntgenbereich sehr massereiche Schwarze Löcher entdeckt wurden. Man findet sie in vielen verschmelzenden Galaxiensystemen. Die optischen Bilder stammen vom Kitt Peak National Observatory in Arizona. Oben in der Mitte ist NGC 7319 und eine kompakte Galaxiengruppe, die als Stephans Quintett bekannt ist.

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Zwei Schwarze Löcher in 3C 75

Vor einem blau leuchtenden Hintergrund sind zwei helle Flecken, von denen rosarote Nebel ausströmen, die sich nach links krümmen.

Credit: Röntgen: NASA / CXC / D. Hudson, T. Reiprich et al. (AIfA); Radio: NRAO / VLA/ NRL

Beschreibung: Was geschieht in der Mitte dieser massereichen Galaxie? Die beiden hellen Quellen in der Mitte dieses Kompositbildes aus Röntgen- (blau) und Radiodaten (rosa) sind vermutlich sehr massereiche Schwarze Löcher, die einander umkreisen und die riesige Radioquelle 3C 75 speisen. Diese sehr massereichen Schwarzen Löcher sind 25.000 Lichtjahre voneinander entfernt. Sie stoßen Ströme aus relativistischen Teilchen aus und sind von viele Millionen Grad heißem Gas umgeben, das Röntgenstrahlen emittiert. Sie sind etwa 300 Millionen Lichtjahre von uns entfernt und befinden sich in den Zentren zweier verschmelzender Galaxien im Galaxienhaufen Abell 400. Astronom*innen kommen zu dem Schluss, dass diese beiden massereichen Schwarzen Löcher in einem Binärsystem durch Gravitation verbunden sind, teils weil die gleichförmig zurückgefegte Erscheinung der Jets sehr wahrscheinlich durch ihre gemeinsame Bewegung entsteht – sie rasen mit 1200 Kilometern pro Sekunde durch das heiße Haufengas. Solche spektakulären kosmischen Verschmelzungen kommen im fernen Universum in den Umgebungen dicht gedrängter Galaxienansammlungen vermutlich häufig vor. Im Endstadium sind solche Verschmelzungen vermutlich starke Quellen von Gravitationswellen.

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Lyman-Alpha-Emitter

Links ist eine Abbildung eines gelblich verschwommenen Nebels, rechts eine Illustration: Au seiner waagrechten scheibenartigen Struktur treten nach oben und unten gelbe Auswürfe aus.

Credit: NASA / ESA, CXC, JPL-Caltech, STScI, NAOJ, J.E. Geach (Univ. Durham) et al.; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

Der linke Bildteil zeigt eine gewaltige Wolke aus Wasserstoff. Sie wird als Lyman-Alpha-Klecks bezeichnet und ist mehrere hunderttausend Lichtjahre groß. Im Bild wurden Daten kombiniert, die mit Teleskopen im All und auf der Erde gewonnen wurden, und zwar in Röntgenstrahlung, in sichtbarem Licht und in Infrarot. Die gigantische amöbenartige Struktur sah vor etwa 12 Milliarden Jahren so aus. Damals war das Universum ungefähr 2 Milliarden Jahre alt.

Lyman-Alpha-Emitter heißen so, weil sie starke Strahlung in der Lyman-Alpha-Emissionslinie von Wasserstoff emittieren. Normalerweise liegt die Lyman-Alpha-Emission im ultravioletten Bereich des Spektrums. Doch Lyman-Apha-Kleckse sind so weit entfernt, dass ihr Licht in sichtbare (längere) Wellenlängenbereiche rotverschoben ist.

Röntgendaten sind blau dargestellt. Sie zeigen die Anwesenheit eines sehr massereichen schwarzen Loches. Es wird im Zentrum einer aktiven Galaxie gespeist, die sich im Klumpen befindet. Die Illustration im rechten Bildfeld zeigt, dass Strahlung und Ausfluss der aktiven Galaxie vermutlich die Quelle sind, die den Wasserstoff im Klumpen aktiviert und aufheizt.

Lyman-Alpha-Kleckse zeigen vielleicht eine frühe Phase der Galaxienbildung, bei der die Aufheizung so groß war, dass sie ein weiteres rasches Anwachsen aktiver Galaxien und ihrer extrem massereichen schwarzen Löcher begrenzte.

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Hüllen um den Mikroquasar Cygnus X-1

Die Grafik zeigt einen Mikroquasar, in den Materie fällt. Er ist von einer Akkretionsscheibe umgeben.

Credit und Bildrechte: Steve Cullen (lightbuckets.com)

Beschreibung: Was passiert mit Materie, die in ein aktives Schwarzes Loch fällt? Im Fall von Cygnus X-1 gelangt wahrscheinlich nur ein kleiner Teil dieser Materie hinein. Einfallendes Gas kollidiert nicht nur mit sich selbst, sondern mit einer Akkretionsscheibe aus wirbelnder Materie, die das schwarze Loch umgibt.

Das Ergebnis könnte ein Mikroquasar sein, der im gesamten elektromagnetischen Spektrum leuchtet und mächtige Strahlen erzeugt, die einen Großteil der einfallenden Materie fast mit Lichtgeschwindigkeit in den Kosmos zurückwirft, ehe sie sich dem Ereignishorizont des schwarzen Lochs auch nur nähern kann.

Die Bestätigung, dass die Jets schwarzer Löcher Hüllen erzeugen können, welche sich ausdehnen, erfolgte kürzlich durch die Entdeckung von Hüllen um Cygnus X-1. Rechts oben ist eine solche Hülle abgebildet, die sehr wahrscheinlich durch den Jet des Mikroquasars und Kandidaten für ein schwarzes Loch Cygnus X-1 erzeugt wurde. Wenn Sie den Mauspfeil über das Bild bewegen, sehen Sie eine kommentierte Ansicht. Der physikalische Prozess, der die Jets des Schwarzen Lochs erzeugt, wird weiterhin erforscht.

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Aussicht in der Nähe eines schwarzen Lochs

In einem von roten kreisförmigen Bahnen gebildeten Trichter befindet sich in der Mitte ein weiß leuchtendes Gebilde, von dem ein rauchartiger Strahl aufsteigt.

Illustrationscredit: April Hobart, CXC

Beschreibung: Im Zentrum eines wirbelnden Strudels heißen Gases sitzt wahrscheinlich eine Bestie, die nie direkt beobachtet wurde: ein schwarzes Loch. Untersuchungen des hellen Lichts, das von dem wirbelnden Gas ausgestrahlt wird, weisen häufig nicht nur auf das Vorhandensein eines schwarzen Loches hin, sondern auch auf seine wahrscheinlichen Eigenschaften. Das Gas in der Umgebung von GRO J1655-40 weist zum Beispiel ein ungewöhnliches Flackern mit einer Frequenz von 450 Mal pro Sekunde auf. Angesichts einer früheren Massenabschätzung für das zentrale Objekt von sieben Sonnenmassen kann das schnelle Flackern durch ein schwarzes Loch erklärt werden, das rasend schnell rotiert. Welche physischen Mechanismen das Flackern – und eine langsamere quasi-periodische Schwingung – in Akkretionsscheiben, welche schwarze Löcher und Neutronensterne umgeben, verursachen, bleibt Gegenstand umfangreicher Forschungen.

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Im Zentrum der Milchstraße

Im Bild sind sehr helle Sterne mit bunten Halos abgebildet.

Credit: ESO, Stefan Gillessen (MPE), F. Eisenhauer, S. Trippe, T. Alexander, R. Genzel, F. Martins, T. Ott

Im Zentrum unserer Milchstraße haust ein sehr massereiches Schwarzes Loch. Diese Aussage war früher heftig umstritten. Heute basiert sie solide auf Beobachtungen aus 16 Jahren. Dabei wurden die Umlaufbahnen von 28 Sternen um das galaktische Zentrum aufgezeichnet.

Forschende vermaßen geduldig an Teleskopen der Europäischen Südsternwarte ESO mit hoch entwickelten Kameras im nahen Infrarot die Positionen der Sterne im Laufe der Zeit. Dabei verfolgten sie auch den Stern S2 während eines ganzen Umlaufes. Der Stern kam währenddessen dem Zentrum der Milchstraße näher als einen Lichttag.

Die Ergebnisse zeigen überzeugend, dass sich S2 unter dem Einfluss der enormen Gravitation eines kompakten, unsichtbaren Objekts bewegt. Dieses Objekt ist ein Schwarzes Loch mit vier Millionen Sonnenmassen. Die Verfolgung von Sternen so nahe am galaktischen Zentrum machte es nun möglich, die Masse des Schwarzen Lochs genau zu bestimmen. Auch unsere Entfernung zum Zentrum wurde ermittelt, sie beträgt 27.000 Lichtjahre.

Diese detailreichen Bilder im nahen Infrarot zeigen die dicht gedrängten innersten 3 Lichtjahre vom Zentrum der Milchstraße. Hier seht ihr spektakuläre Zeitraffer-Animationen der Sterne, die innerhalb weniger Lichttage um das galaktische Zentrum kreisen.

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Cygnus X-1

Links im Bild leuchtet ein heller bläulicher Stern mit ausgefranstem Rand, von diesem verläuft ein Materiestrom nach rechts zu einer rot-orangefarbenen Akkretionsscheibe um ein Schwarzes Loch.

Credit und Bildrechte: ESA, Hubble

Beschreibung: Ist das ein Schwarzes Loch? Gut möglich. Das Doppelsternsystem Cygnus X-1 enthält einen der besten Kandidaten für ein solch exotisches Objekt. Es ist eine der hellsten Röntgenquellen am Himmel und wurde daher schon früh entdeckt, als die ersten Röntgenteleskope den Himmel nach dieser Strahlung absuchten. Der Name sagt es: Cygnus X-1 ist die hellste Röntgenquelle im Sternbild Schwan (Cygnus). Die Beobachtungsdaten lassen auf ein massives Objekt mit dem Neunfachen der Sonnenmasse schließen, das seine Helligkeit kontinuierlich auf verschiedensten Zeitskalen ändert, bis hinunter in den Millisekundenbereich. Damit kann es sich eigentlich nur um ein Schwarzes Loch handeln – kein anderes Modell vermag diese Daten zu erklären. Das Bild zeigt eine künstlerische Darstellung des Cygnus X-1-Systems. Links erkennt man den Stern HDE 226868, dessen Masse etwa das 30fache der Masse unserer Sonne entspricht. Die Röntgenquelle ist auf der rechten Seite dargestellt. Sie ist mit dem Riesenstern über eine Materiebrücke verbunden, über die Masse vom Stern in eine Akkretionsscheibe überströmt, die das Schwarze Loch umgibt. Der Stern des Systems ist schon mit einem kleinen Teleskop zu sehen. Seltsamerweise scheint Cygnus X-1 ohne eine vorangegangene Supernovaexplosion entstanden zu sein.

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