Astronomen haben Fackeln und Echos entdeckt, die vom supermassiven Schwarzen Loch im Herzen der Milchstraße, Sagittarius A* (Sgr A*), ausgehen. Dieses „kosmische Feuerwerk“ und die Röntgenechos könnten Wissenschaftlern helfen, den dunklen und stillen kosmischen Titanen, um den unsere Galaxie kreist, besser zu verstehen.
Das Forscherteam der Michigan State University machte die bahnbrechende Entdeckung, indem es jahrzehntelange Daten des NuSTAR-Teleskops (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) der NASA durchforstete. Neun große Flares, die das Team von Sgr A* entdeckt hatte, wurden von NuSTAR eingefangen, das seit Juli 2012 den Kosmos mit Röntgenstrahlen beobachtet. Diese Signale waren zuvor von Astronomen übersehen worden.
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„Wir sitzen in der ersten Reihe, um Zeuge dieses einzigartigen kosmischen Feuerwerks im Zentrum unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, zu werden“, sagte Teamleiter Sho Zhang, Assistenzprofessor am Institut für Physik und Astronomie der University of Chicago Michigan State Universität, in einer Pressemitteilung. „Lichtfackeln und Feuerwerk erhellen die Dunkelheit und helfen uns, Dinge zu beobachten, die wir normalerweise nicht sehen könnten.
„Deshalb müssen Astronomen wissen, wann und wo diese Flares auftreten, damit sie mit diesem Licht die Umgebung des Schwarzen Lochs untersuchen können.“
Erleuchten Sie Schütze A* wie am 4. Juli
Es wird angenommen, dass supermassereiche Schwarze Löcher wie Sgr A* im Herzen aller großen Galaxien existieren. Wie alle Schwarzen Löcher sind supermassive Schwarze Löcher mit Massen von Millionen oder sogar Milliarden Sonnen von einer äußeren Grenze umgeben, die als Ereignishorizont bezeichnet wird. Dann wird der Gravitationseinfluss des Schwarzen Lochs so stark, dass nicht einmal das Licht schnell genug ist, um mit seiner Fluchtgeschwindigkeit mitzuhalten.
Das bedeutet, dass der Ereignishorizont als unidirektionale Lichtfangfläche fungiert, über die hinaus kein Blick möglich ist. Schwarze Löcher sind also praktisch unsichtbar und können nur durch die Wirkung erkannt werden, die sie auf die sie umgebende Materie haben – was im Fall supermassereicher Schwarzer Löcher katastrophal sein kann.
Einige dieser kosmischen Titanen sind von riesigen Mengen allgemeiner Materie umgeben, von der sie sich ernähren; andere zerfressen Sterne, die sich zu nahe an den Ereignishorizont wagen. Diese Sterne werden durch den immensen Gravitationseinfluss des Schwarzen Lochs zerfetzt, bevor sie zu Abendessen werden.
In beiden Fällen bildet die Materie um das Schwarze Loch jedoch eine abgeflachte Wolke oder „Akkretionsscheibe“, in deren Mitte sich das Schwarze Loch befindet. Aufgrund der Turbulenzen und Reibung, die durch die starken Gezeitenkräfte des Schwarzen Lochs entstehen, leuchtet diese Scheibe im gesamten elektromagnetischen Spektrum hell.
Allerdings wird nicht das gesamte Material einer Akkretionsscheibe in das zentrale supermassereiche Schwarze Loch geleitet. Einige geladene Teilchen werden zu den Polen des Schwarzen Lochs gelenkt, wo sie als Jets mit nahezu Lichtgeschwindigkeit projiziert werden, begleitet von heller elektromagnetischer Strahlung.
Infolgedessen befinden sich diese gefräßigen supermassiven Schwarzen Löcher in Regionen, die als aktive galaktische Kerne (AGN) bezeichnet werden, und treiben Quasare an, die so hell sind, dass sie das kombinierte Licht aller Sterne in den Galaxien um sie herum überstrahlen können.
Darüber hinaus befinden sich nicht alle supermassereichen Schwarzen Löcher in AGNs und dienen als zentrale Motoren von Quasaren. Einige sind nicht von einer Fülle von Gas, Staub oder unglücklichen Sternen umgeben, die zu nahe sind. Das bedeutet auch, dass sie keine starken Lichtausbrüche oder leuchtenden Akkretionsscheiben aussenden, was ihre Erkennung erheblich erschwert.
Sgr A*, mit einer Masse, die etwa 4,5 Millionen Sonnen entspricht, ist zufällig eines dieser stillen, unersättlichen Schwarzen Löcher. Tatsächlich verbraucht der kosmische Titan im Herzen der Milchstraße so wenig Materie, dass es dem Verzehr eines einzigen Reiskorns durch einen Menschen etwa alle eine Million Jahre entspricht.
Wenn Sgr A* jedoch einen kleinen Snack erhält, geht dies mit einem leichten Röntgenstrahl einher. Das ist genau das, wonach das Team in den zehn Jahren der von NuSTAR von 2015 bis 2024 gesammelten Daten gesucht hat.
Grace Sanger-Johnson von der Michigan State University konzentrierte sich für die Analyse auf die spektakulären Ausbrüche energiereichen Lichts, die eine einzigartige Gelegenheit bieten, die unmittelbare Umgebung um das Schwarze Loch zu untersuchen. Dabei fand sie neun Beispiele dieser extremen Eruptionen.
„Wir hoffen, dass wir und andere Astronomen durch den Aufbau dieser Datenbank von Sgr A*-Flares in der Lage sein werden, die Eigenschaften dieser Röntgeneruptionen zu analysieren und auf die physikalischen Bedingungen innerhalb der extremen Umgebung des supermassereichen Schwarzen Lochs zu schließen“, sagt Sanger-Johnson sagte. sagte.
Unterdessen suchte sein Kollege Jack Uteg, ebenfalls von der Michigan State University, nach etwas Schwächerem und Subtilerem rund um Sgr A*.
Ein Schwarzes Loch schwingt um Sgr A* herum
Uteg untersuchte die begrenzte Aktivität von Sgr A* mit einer Technik, die dem Abhören von Echos ähnelt. Er untersuchte Daten aus fast 20 Jahren und konzentrierte sich auf eine riesige Molekülwolke in der Nähe von Sgr A*, die als „die Brücke“ bekannt ist.
Da solche Gas- und Staubwolken, die zwischen Sternen treiben, keine Röntgenstrahlen erzeugen, wie die Sterne selbst, wussten die Astronomen, als sie diese hochenergetischen Lichtemissionen von der Brücke entdeckten, dass sie von einer anderen Quelle kommen und dann auch sein mussten reflektiert. aus dieser Molekülwolke.
„Die Helligkeit, die wir sehen, ist höchstwahrscheinlich die verzögerte Reflexion früherer Röntgenausbrüche von Sgr A*“, erklärte Uteg. „Um 2008 beobachteten wir erstmals einen Anstieg der Helligkeit. Im Laufe der nächsten 12 Jahre nahmen die Röntgensignale der Brücke dann weiter zu, bis sie im Jahr 2020 ihre maximale Helligkeit erreichten.“
Das Licht, das von der Brücke ausgeht, brauchte Hunderte von Jahren, um von Sgr A* dorthin zu gelangen, und dann weitere 26.000 Jahre, um die Erde zu erreichen. Das bedeutet, dass Uteg durch die Analyse dieses Röntgenechos damit beginnen konnte, die jüngste kosmische Geschichte unseres supermassereichen Schwarzen Lochs zu rekonstruieren.
„Einer der Hauptgründe, warum wir wollen, dass diese Wolke heller wird, besteht darin, dass wir dadurch begrenzen können, wie hell Sgr A* in der Vergangenheit explodierte“, sagte Uteg. Dies ergab, dass Sgr A* vor etwa 200 Jahren im Röntgenlicht etwa 100.000 Mal heller war als heute.
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„Dies ist das erste Mal, dass wir eine 24-Jahres-Variabilität für eine Molekülwolke um unser supermassereiches Schwarzes Loch konstruiert haben, die ihre maximale Röntgenleuchtkraft erreicht hat“, sagte Zhang. „Dies ermöglicht es uns, die frühere Aktivität von Sgr A* vor etwa 200 Jahren zu ermitteln.
„Unser Forschungsteam an der Michigan State University wird dieses ‚Astroarchäologie-Spiel‘ fortsetzen, um die Geheimnisse des Zentrums der Milchstraße weiter zu lüften.“
Eines der Rätsel, die das Team zu lösen versucht, ist der genaue Mechanismus, der angesichts seiner spärlichen Ernährung die Röntgenstrahlen von Sgr A* auslöst. Die Forscher sind zuversichtlich, dass diese Ergebnisse zu weiterer Forschung durch andere Teams führen werden, und spekulieren, dass diese Ergebnisse unser Verständnis von supermassereichen Schwarzen Löchern und ihrer Umgebung revolutionieren könnten.
Das Team präsentierte seine Ergebnisse am Dienstag, dem 11. Juni, auf der 244. Tagung der American Astronomical Society.