Eine Illustration eines sternzerstörenden Schwarzen Lochs, das einen Stern zerreißt und dann sein nächstes Opfer anvisiert (Bildnachweis: X-ray: NASA/CXC/Queen’s Univ. Belfast/M. Nicholl et al.; Optisch/IR: PanSTARRS, NSF/Legacy Survey/SDSS; Illustration: Soheb Mandhai / The Astro Phoenix; Bildverarbeitung: NASA/CXC/SAO/N. Wolk)
Da Halloween naht, ist es die perfekte Zeit für einen Horrorfilm, und das Chandra-Weltraumteleskop der NASA hat einen echten Knaller entdeckt. Das Röntgenteleskop sah einen kosmischen Serienkiller, der einen Stern erbarmungslos zerfetzt und dann sein nächstes stellares Opfer anvisiert.
Wie ein kosmischer Michael Myers, der unaufhaltsame Killer aus der Halloween-Horror-Serie, ist das supermassive Schwarze Loch in einer Galaxie 210 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt auf blutige Todesfälle spezialisiert. Das Schwarze Loch im Zentrum von AT2019qiz schleudert die Überreste des Sterns, den es zuvor zerstört hat, auf einen anderen Stern oder möglicherweise auf ein kleineres Schwarzes Loch mit Sternmasse, das ihn umkreist.
Dieser stellare Horrorfilm wurde erstmals von der Zwicky Transient Facility beobachtet, die 2019 den gewaltsamen Tod eines Sterns durch den Gravitationseinfluss dieses Schwarzen Lochs in einem sogenannten „Gezeitenstörungsereignis“ oder „TDE“ beobachtete. Wie bei den besten Horrorfilmen waren die Astronomen begierig darauf, die Fortsetzung zu sehen. Das Chandra-Röntgenteleskop der NASA, das Hubble-Weltraumteleskop, der Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), das Neil-Gehrels-Swift-Observatorium und andere Teleskope konnten die nächste Folge im Jahr 2023 beobachten.
Dieser neue Teil der grausigen Geschichte handelt von den Überresten des zerstörten Sterns, die sich wie ein Friedhof um das tödliche Schwarze Loch herum angesiedelt haben und eine abgeflachte Wolke aus stellarem Material bilden.
Diese stellaren Trümmer haben sich so weit ausgedehnt, dass ein kreisendes Objekt immer wieder mit ihnen kollidiert, wenn es um das supermassive Schwarze Loch von AT2019qiz kreist. Diese Kollisionen verursachen Röntgenblitze, die von Chandra beobachtet wurden.
„Stellen Sie sich einen Taucher vor, der immer wieder in einen Pool steigt und jedes Mal, wenn er das Wasser betritt, ein Platschen verursacht“, sagte der Leiter des Teams, Matt Nicholl von der Queen’s University Belfast, Großbritannien, in einer Erklärung. Der Stern in diesem Vergleich ist wie der Taucher, und die Scheibe ist das Schwimmbecken, und jedes Mal, wenn der Stern auf die Oberfläche trifft, erzeugt er einen riesigen „Spritzer“ aus Gas und Röntgenstrahlen. Während der Stern um das Schwarze Loch kreist, geschieht dies immer wieder.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Mittwoch (9. Oktober) in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht und sind auch auf dem Paper Repository arXiv verfügbar.
Wie schwarze Löcher stellare Spaghetti machen
Eine Illustration eines „Serienkiller“-Schwarzen Lochs, das einen Stern zerstört und dann sein nächstes Opfer anvisiert (Bildnachweis: X-ray: NASA/CXC/Queen’s Univ. Belfast/M. Nicholl et al.; Optisch/IR: PanSTARRS, NSF/Legacy Survey/SDSS; Illustration: Soheb Mandhai / The Astro Phoenix; Bildverarbeitung: NASA/CXC/SAO/N. Wolk)
TDEs wie die, die diese grausame Serie von Ereignissen ausgelöst hat, passieren, wenn sich unglückliche Sterne zu nahe an supermassive schwarze Löcher heranwagen. Diese kosmischen Titanen, die sich im Herzen aller großen Galaxien befinden, haben die Masse von Millionen oder Milliarden von Sonnen. Und mit solch gewaltigen Massen gehen unglaubliche Gravitationseinflüsse einher.
Wenn ein Stern einem supermassiven Schwarzen Loch zu nahe kommt, ist die Schwerkraft an den Punkten, die dem Schwarzen Loch am nächsten und am weitesten entfernt sind, so unterschiedlich, dass starke Gezeitenkräfte im Inneren des Sterns entstehen. Dies führt dazu, dass der dem Untergang geweihte Sternkörper vertikal gestreckt und gleichzeitig horizontal gequetscht wird. Dieser Prozess, der auch als „Spaghettifizierung“ bezeichnet wird, verwandelt den Stern in einen langen kosmischen Plasmanudel.
Das Schwarze Loch kann diese stellare Pasta nicht direkt verschlingen, weil es noch einen Drehimpuls hat. Das führt dazu, dass sich die stellaren Trümmer zu einer wirbelnden, abgeflachten Plasmawolke um das Schwarze Loch herum formen, die es allmählich ernährt, eine sogenannte „Akkretionsscheibe“.
Astronomen haben viele dieser TDEs beobachtet, die durch einen einzigen starken Lichtblitz gekennzeichnet sind, wenn der Stern auseinandergerissen wird. In jüngster Zeit haben sie auch verwandte Ereignisse entdeckt, die im Röntgenlicht mehr als einmal aufblitzen und sich mehrfach wiederholen.
Diese „quasi-periodischen Ausbrüche“, die von supermassereichen Schwarzen Löchern verursacht werden, waren bereits mit umlaufenden Körpern in Verbindung gebracht worden, die durch Akkretionsscheiben tauchen, aber dies ist der erste konkrete Beweis für diesen Zusammenhang.
„Es gab fieberhafte Spekulationen, dass diese Phänomene zusammenhängen, und jetzt haben wir den Beweis dafür entdeckt“, sagte Teammitglied Dheeraj Pasham vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in der Erklärung. „Das ist wie ein kosmischer Doppelnutzen, wenn es um die Lösung von Rätseln geht.“
Dieser Beweis kam in Form von wiederholten Röntgenausbrüchen von AT2019qiz, die Chandra etwa alle 48 Stunden entdeckte. Die gleichzeitig gesammelten Hubble-Daten ermöglichten es den Wissenschaftlern, die Breite der Akkretionsscheibe um das supermassereiche Schwarze Loch zu bestimmen. Dabei stellte sich heraus, dass sie sich so weit ausgedehnt hatte, dass jedes Objekt, das das Schwarze Loch für einen Zeitraum von etwa einer Woche oder weniger umkreist, die Scheibe durchschlagen und Ausbrüche verursachen kann.
Astronomen können diese Ergebnisse nun nutzen, um nach weiteren quasi-periodischen Eruptionen zu suchen, bei denen es sich um schwarze Killerlöcher handelt, die neue Opfer mit stellaren Trümmern angreifen.
„Dies ist ein großer Durchbruch in unserem Verständnis des Ursprungs dieser regelmäßigen Eruptionen“, sagte Andrew Mummery von der Universität Oxford in einer Erklärung. „Wir wissen jetzt, dass wir einige Jahre warten müssen, bis die Eruptionen nach dem Zerreißen eines Sterns einsetzen, weil es einige Zeit dauert, bis sich die Scheibe weit genug ausgebreitet hat, um einen anderen Stern zu treffen.“
