Ein sonnenähnlicher Stern in einer etwa 500 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie wird nach und nach von einem Schwarzen Loch verschluckt. Jedes Mal, wenn es sich einem Schwarzen Loch nähert, stößt es Material in der Größenordnung von drei Erdmassen ab.

Ein massiver Röntgenausbruch, der von Astronomen der Universität Leicester entdeckt wurde, lässt darauf schließen, dass in einem Schwarzen Loch die dreifache Masse der Erde brennt. In einer nahegelegenen Galaxie wird ein sonnenähnlicher Stern langsam von einem kleinen, gefräßigen Schwarzen Loch verschlungen, wobei bei jeder Annäherung drei Erdmassen an Materie verloren gehen.

Die Entdeckung von Astronomen der Universität Leicester, die am 7. September in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurde, liefert ein „fehlendes Glied“ in unserem Verständnis darüber, wie Schwarze Löcher umlaufende Sterne stören. Es deutet darauf hin, dass eine große Anzahl von Sternen verschlungen wird, aber noch nicht entdeckt wurde. Das Forschungsteam erhielt Unterstützung von der UK Space Agency und dem UK Science and Technology Facilities Council (STFC).

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Astronomen wurden durch einen hellen Röntgenblitz geweckt, der aus dem Zentrum der nahe gelegenen Galaxie 2MASXJ02301709+2836050 zu kommen schien, etwa 500 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt. Es trägt den Namen Swift J0230 und wurde erstmals von Wissenschaftlern mit einem neuen Instrument entdeckt, das am Neil Gehrels Swift Observatory entwickelt wurde. Sie arrangierten schnell weitere Swift-Beobachtungen davon und stellten fest, dass es nicht wie erwartet allmählich verfiel, sondern sieben bis zehn Tage lang hell leuchtete und dann plötzlich erlosch, wobei dieser Vorgang etwa alle 25 Tage wiederholt wurde.

Optisches Bild einer Galaxie, die ein neues Ereignis erlebt, aufgenommen aus archivierten PanSTARRS-Daten. Das Röntgenobjekt befindet sich irgendwo innerhalb des weißen Kreises, etwa so groß wie ein Stecknadelkopf in 100 Metern Entfernung. Außerdem wird der Standort einer zwei Jahre alten Supernova gezeigt. Quelle: Daniele B. Malesani/PanSTARRS

Verbinde die fehlenden Teile

Ein ähnliches Verhalten wurde bei sogenannten quasi-periodischen Ausbrüchen und periodischen Kerntransienten beobachtet, bei denen die Materie eines Sterns von einem Schwarzen Loch zerrissen wird, wenn es in seiner Nähe umkreist. Sie unterscheiden sich jedoch in der Häufigkeit der Ausbrüche und darin, ob die Ausbrüche hauptsächlich im Röntgenbereich oder im optischen Licht auftreten. Die Regelmäßigkeit der Strahlung von Swift J0230 liegt irgendwo dazwischen, was darauf hindeutet, dass es sich um das „fehlende Glied“ zwischen den beiden Burst-Typen handelt.

Anhand der für beide Arten von Ereignissen vorgeschlagenen Modelle kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass der Ausbruch von Swift J0230 einen Stern von ähnlicher Größe wie unsere Sonne darstellte, der in einer elliptischen Umlaufbahn um ein massearmes Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie kreist. Wenn sich die Umlaufbahn des Sterns der starken Anziehungskraft des Schwarzen Lochs nähert, wird Material, das drei Erdmassen entspricht, aus der Atmosphäre des Sterns herausgerissen und erhitzt, während es in das Schwarze Loch fällt. Die hohe Temperatur von etwa 2 Millionen Grad Celsius setzt eine große Menge Röntgenstrahlung frei, die erstmals vom Swift-Satelliten eingefangen wurde.

Röntgenbilder desselben Ortes am Himmel vor (links) und nach (rechts) der Explosion von Swift J0230. Die Bilder wurden mit dem Röntgenteleskop an Bord des Swift-Satelliten aufgenommen. Bildnachweis: Phil Evans (Universität Leicester)/NASASwift

Experteneinblicke

Hauptautor Dr. Phil Evans von der School of Physics and Astronomy an der University of Leicester sagte: „Dies ist das erste Mal, dass wir einen Stern wie die Sonne gesehen haben, der wiederholt auseinandergerissen und von einem Schwarzen Loch geringer Masse verschluckt wird.“ Das sogenannte „wiederholte, teilweise Gezeitenzerstörungsereignis“ selbst ist eine ziemlich neue Entdeckung und scheint in zwei Kategorien zu fallen: solche, die alle paar Stunden ausbrechen, und solche, die etwa jedes Jahr ausbrechen. Dieses neue System liegt genau zwischen diesen beiden Kategorien, und wenn man die Zahlen betrachtet, sieht man, dass die beteiligten Objekttypen auch sehr gut zusammenpassen.“

Dr. Rob Eyles-Ferris, der mit Dr. Evans am Swift-Satelliten arbeitet, hat kürzlich seine Doktorarbeit an der Universität Leicester abgeschlossen, in der er sich unter anderem mit der Zerstörung von Sternen durch Schwarze Löcher befasste. „In den meisten Systemen, die wir in der Vergangenheit gesehen haben, wurde der Stern vollständig zerstört“, erklärte er. „Swift J0230 ist ein aufregender Neuzugang in der Kategorie der teilweise zerstörten Sterne, weil es uns den wahren Zusammenhang zeigt, der zwischen diesen beiden Objektklassen entdeckt wurde, und unser neues System uns das fehlende Glied liefert.“

Illustration des Neil Gales-Swift-Observatoriums. Quelle: NASA

Ich freue mich darauf, mehr zu entdecken

Dr. Kim Page von der University of Leicester war an der Datenanalyse für diese Studie beteiligt: ​​„Angesichts der Tatsache, dass wir Swift J0230 innerhalb weniger Monate nach der Einführung unseres neuen Tools zur Transientensuche entdeckt haben, gehen wir davon aus, dass noch viele weitere solcher Objekte darauf warten, entdeckt zu werden.“

Dr. Chris Nixon ist ein theoretischer Astrophysiker, der kürzlich von der University of Leicester an die University of Leeds wechselte. Er leitete Bemühungen, das Ereignis theoretisch zu erklären. Seine Forschung wurde vom UK Science and Technology Facilities Council und dem Leverhulm Trust finanziert.

Sie schätzen, dass das Schwarze Loch etwa das 10.000- bis 100.000-fache der Sonnenmasse hat, was für die supermassiven Schwarzen Löcher, die typischerweise in den Zentren von Galaxien zu finden sind, ziemlich klein ist. Man geht davon aus, dass das Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie eine Masse von 4 Millionen Sonnenmassen hat, während die meisten Schwarzen Löcher etwa 100 Millionen Sonnenmassen haben.

Dies ist die erste Entdeckung mit dem neuen Transientendetektor des Swift-Satelliten, der vom Team der University of Leicester entwickelt wurde und auf ihren Computern lief. Wenn ein Extremereignis auftritt, verursacht es Ausbrüche von Röntgenstrahlung in Bereichen des Himmels, die zuvor frei von Röntgenstrahlung waren, was Astronomen als astronomische Röntgentransienten bezeichnen. Obwohl diese vorübergehenden Ereignisse den Beginn extremer Ereignisse ankündigen, sind sie nicht leicht zu erkennen, zumindest nicht schnell. Daher wurde dieses neue Tool entwickelt, um in Echtzeit nach neuen Arten vorübergehender Ereignisse zu suchen.

Dr. Evans fügte hinzu: „Diese Art von Objekt war weitgehend unentdeckbar, bis wir diese neue Anlage bauten und sehr schnell dieses brandneue, noch nie dagewesene Ereignis entdeckten. Swift ist fast 20 Jahre alt und entdeckt plötzlich brandneue Ereignisse, von denen wir nie wussten, dass sie existieren. Ich denke, das zeigt, dass man jedes Mal, wenn man eine neue Sichtweise auf den Weltraum findet, etwas Neues lernt und feststellt, dass es da draußen etwas gibt, von dem man vorher nicht wusste, dass es existiert.“

Internationale Zusammenarbeit und Zukunftsperspektiven

Dr. Caroline Harper, Leiterin der Weltraumforschung bei der britischen Weltraumbehörde, sagte: „Dies ist eine weitere aufregende Entdeckung der weltweit führenden Swift-Mission – jedes Mal, wenn ein sonnenähnlicher Stern nah genug umkreist, wird er von einem massearmen Schwarzen Loch gebissen.“

Die britische Weltraumbehörde arbeitet seit vielen Jahren mit der NASA an dieser Mission zusammen. Das Vereinigte Königreich leitete die Entwicklung der Hardware für zwei wichtige wissenschaftliche Instrumente und stellte Mittel für das Swift Science Data Centre bereit, das wir weiterhin unterstützen. Wir freuen uns auf Swifts zukünftiges Verständnis von Gammastrahlenausbrüchen im gesamten Universum und den Großereignissen, die sie verursachen.