So etwas haben wir noch nie gesehen: Schwarzes Loch stößt Jahre nach dem Zerfetzen eines Sterns Material aus. Astronomen haben beobachtet, wie ein Schwarzes Loch Sternreste ausspuckt, Jahre nachdem es den Stern zerfetzt und verschlungen hat. Ein News Artikel des Centers for Astrophysics | Harvard & Smithsonian.
Quelle: 12. Oktober 2022. Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian.
Cambridge, Mass. – Im Oktober 2018 wurde ein kleiner Stern in Stücke gerissen, als er zu nahe an einem Schwarzen Loch in einer Galaxie in 665 Millionen Lichtjahren Entfernung von der Erde vorbeizog. Auch wenn es aufregend klingen mag, kam das Ereignis für Astronomen, die beim Scannen des Nachthimmels gelegentlich Zeugen solcher gewalttätigen Vorfälle werden, nicht überraschend.
Doch fast drei Jahre nach dem Massaker erhellt dasselbe Schwarze Loch den Himmel erneut – und es hat nichts Neues verschluckt, sagen die Wissenschaftler. „Das hat uns völlig überrascht – niemand hat so etwas je zuvor gesehen“, sagt Yvette Cendes, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) und Hauptautorin einer neuen Studie, die das Phänomen analysiert.
Das Team kommt zu dem Schluss, dass das Schwarze Loch nun Material ausstößt, das sich mit halber Lichtgeschwindigkeit fortbewegt, ist sich aber nicht sicher, warum der Ausfluss um mehrere Jahre verzögert wurde. Die Ergebnisse, die diese Woche im Astrophysical Journal veröffentlicht wurden, könnten den Wissenschaftlern helfen, das Fressverhalten von Schwarzen Löchern besser zu verstehen, das Cendes mit dem „Rülpsen“ nach einer Mahlzeit vergleicht.
Das Team entdeckte den ungewöhnlichen Ausbruch bei der Überprüfung von Gezeitenstörungen (TDEs) – wenn eindringende Sterne von Schwarzen Löchern zerstückelt werden -, die in den letzten Jahren aufgetreten sind. Radiodaten des Very Large Array (VLA) in New Mexico zeigten, dass das Schwarze Loch im Juni 2021 auf mysteriöse Weise wieder aufgetaucht war. Cendes und sein Team beeilten sich, das Ereignis genauer zu untersuchen.
Wir beantragten „Director’s Discretionary Time“ für mehrere Teleskope, denn wenn man etwas so Unerwartetes findet, kann man nicht auf den normalen Zyklus der Teleskopanträge warten, um es zu beobachten“, erklärt Cendes. „Alle Anträge wurden sofort angenommen.“ Das Team sammelte Beobachtungen des TDE, das den Namen AT2018hyz trägt, in verschiedenen Wellenlängen des Lichts mit Hilfe des VLA, des ALMA-Observatoriums in Chile, des MeerKAT in Südafrika, des Australian Telescope Compact Array in Australien sowie des Chandra X-Ray Observatoriums und des Neil Gehrels Swift Observatoriums im Weltraum. Die Radiobeobachtungen der TDE erwiesen sich als am auffälligsten.
„Wir untersuchen TDEs seit mehr als einem Jahrzehnt mit Radioteleskopen und stellen manchmal fest, dass sie in Radiowellen leuchten, wenn sie Material ausspucken, während der Stern zunächst von dem Schwarzen Loch verschlungen wird“, sagt Edo Berger, Professor für Astronomie an der Harvard University und am CfA und Mitautor der neuen Studie. „Aber bei AT2018hyz herrschte in den ersten drei Jahren Funkstille, und jetzt leuchtet er dramatisch auf und wird zu einem der am stärksten im Radio leuchtenden TDEs, die je beobachtet wurden.“
Sebastian Gomez, Postdoktorand am Space Telescope Science Institute und Mitautor der neuen Arbeit, sagt, dass AT2018hyz im Jahr 2018 „unauffällig“ war, als er es zum ersten Mal mit Teleskopen für sichtbares Licht untersuchte, darunter das 1,2-Meter-Teleskop am Fred Lawrence Whipple Observatory in Arizona. Gomez, der damals zusammen mit Berger an seiner Doktorarbeit arbeitete, berechnete anhand theoretischer Modelle, dass der vom Schwarzen Loch zerrissene Stern nur ein Zehntel der Masse unserer Sonne hatte. „Wir haben AT2018hyz mehrere Monate lang im sichtbaren Licht beobachtet, bis er verblasste, und ihn dann aus unserem Gedächtnis gelöscht“, sagt Gomez.
TDEs sind dafür bekannt, dass sie Licht emittieren, wenn sie auftreten. Wenn sich ein Stern einem Schwarzen Loch nähert, beginnen die Gravitationskräfte, den Stern zu dehnen oder zu spaghettisieren. Schließlich dreht sich das gedehnte Material spiralförmig um das Schwarze Loch und erhitzt sich, wodurch ein Lichtblitz entsteht, den Astronomen noch aus Millionen von Lichtjahren Entfernung erkennen können. Gelegentlich wird etwas spaghettiertes Material zurück ins All geschleudert. Astronomen vergleichen dies mit schwarzen Löchern, die unordentliche Esser sind – nicht alles, was sie zu verzehren versuchen, schafft es in ihren Mund. Aber die Emission, die als Ausfluss bekannt ist, entwickelt sich normalerweise schnell nach dem Auftreten einer TDE – nicht erst Jahre später. „Es ist, als ob dieses Schwarze Loch plötzlich anfängt, einen Haufen Material von dem Stern, den es vor Jahren verschlungen hat, auszuspucken“, erklärt Cendes. In diesem Fall sind die Rülpser gewaltig.
Der Ausfluss von Material bewegt sich mit bis zu 50 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Zum Vergleich: Die meisten TDEs haben einen Ausfluss, der sich mit 10 Prozent der Lichtgeschwindigkeit fortbewegt, sagt Cendes. „Dies ist das erste Mal, dass wir eine so lange Verzögerung zwischen dem Einströmen und dem Ausströmen beobachten konnten“, sagt Berger. „Der nächste Schritt besteht darin, zu untersuchen, ob dies tatsächlich häufiger vorkommt und wir uns TDEs einfach nicht spät genug in ihrer Entwicklung angesehen haben.“
Weitere Co-Autoren der Studie sind Kate Alexander und Aprajita Hajela von der Northwestern University; Ryan Chornock, Raffaella Margutti und Daniel Brethauer von der University of California, Berkley; Tanmoy Laskar von der Radboud University; Brian Metzger von der Columbia University; Michael Bietenholz von der York University und Mark Wieringa von der Australia Telescope National Facility.
Über das Zentrum für Astrophysik | Harvard & Smithsonian
Das Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian ist eine Zusammenarbeit zwischen Harvard und dem Smithsonian mit dem Ziel, die größten ungelösten Fragen der Menschheit über die Natur des Universums zu stellen und letztendlich zu beantworten. Das Center for Astrophysics hat seinen Hauptsitz in Cambridge, MA, und verfügt über Forschungseinrichtungen in den USA und der ganzen Welt.
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