Ungewöhnlicher Sternentod am Schwarzen Loch – Extremes Tidal Disruption Event verursachte einen direkt auf die Erde zeigenden Jet

Kosmisches Volltreffer: Astronomen haben einen seltenen Fall beobachtet, in dem ein Stern in einem Schwarzen Loch starb – ein Stern, der von Plasmastrahlen und begleitender Strahlung auseinandergerissen wurde. Noch seltener: Einer dieser Jets war direkt auf die Erde gerichtet und machte es erstmals möglich, ein solches Tidal Disruption Event (TDE) bei allen Wellenlängen von Radio- bis Gammastrahlen zu beobachten. Dies liefert erste Hinweise darauf, warum Schwarze Löcher nur bei etwa einem Prozent dieser Sternentode Jets produzieren.

Wenn ein Stern einem supermassiven Schwarzen Loch zu nahe kommt, wird er durch massive Gezeitenkräfte auseinandergerissen und wird zu dünnen Filamenten. Bei einem solchen „Tidal Disruption Event“ (TDE) bildet ein Teil des Sternmaterials eine Akkretionsscheibe, die den Ereignishorizont umkreist und nach und nach verschluckt wird. In etwa einem Prozent der Fälle bilden sich auch Twin Jets – Bündel aus hochbeschleunigtem Plasma und energiereicher Strahlung, die den Weltraum erreichen.

Jet-Tidal-Störungsereignis
Jets sind nur in etwa einem Prozent aller bisher aufgezeichneten Tidal Disturbance Events (TDE) aufgetreten. ©ESO/M. Saatmesser

Es ist jedoch unklar, warum diese energiereichen Jets nur während eines Bruchteils von Gezeitenstörungsereignissen auftreten. Nial Tanvir von der University of Leicester erklärt: „Bisher haben wir nur eine Handvoll dieser TDE-Jets gesehen, und die Ereignisse bleiben sehr seltsam und unbekannt. Das letzte Ereignis dieser Art wurde im Jahr 2011 beobachtet, war aber nur in einigen Teilen des Strahlungsspektrums sichtbar und lieferte daher wenig Informationen über die Prozesse, die an einem solchen Sterntod beteiligt sind.

Blitze in einer fernen Galaxie

Nun könnte sich das geändert haben – aufgrund eines extremen, aber aufschlussreichen Falls eines solchen Sternentodes. Es wurde am 11. Februar 2022 vom Teleskop der Zwicky Transient Facility (ZTF) in Kalifornien entdeckt. Es entdeckte einen ungewöhnlich hellen, plötzlichen Lichtblitz, hinter dem Astronomen um Igor Andreoni von der University of Maryland zunächst einen Gammastrahlenausbruch vermuteten.

Auch Lesen :  Wissenschaft - 200 Studien in Warteschleife: Krieg behindert Publikation - Wissen

Um mehr über die Ursache dieses Strahlungsausbruchs zu erfahren, alarmierten Astronomen andere Observatorien, die daraufhin das Ereignis mit der Bezeichnung AT2022cmc in allen Wellenlängenbereichen von langwelliger Radiostrahlung über Infrarot und sichtbares Licht bis hin zu langwelligen Röntgenstrahlen überwachten und Gammastrahlen. Die erste Analyse des Lichtspektrums ergab, dass die Quelle dieser Strahlung etwa 8,5 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sein muss.

Außergewöhnliche Eigenschaften

Ungewöhnlich jedoch: „Die Röntgen-, Radio- und Submillimeterstrahlen von AT2022cmc gehören zu den hellsten, die jemals bei dieser Rotverschiebung beobachtet wurden“, berichten die Astronomen. Im Gegensatz zu einem Gammastrahlenausbruch hielten diese hohen Strahlungswerte wochenlang an. „Dieses Ereignis war 100-mal stärker als die stärkste Strahlung nach dem Gammastrahlenausbruch“, sagte Dirge Pasham vom Massachusetts Institute of Technology (MIT). Außerdem schwankte die Intensität der Röntgenstrahlen immer wieder wild, anstatt allmählich und kontinuierlich abzunehmen.

Auch die Fortschritte bei UV- und sichtbarem Licht waren erstaunlich. Es schwankte mehrere Tage wild, erreichte dann aber ein immer noch sehr helles Plateau mit leicht bläulichem Spektrum. „Die außerordentlich hohe Leuchtkraft bei allen Wellenlängen und die schnellen spektralen und zeitlichen Schwankungen machen AT2022cmc zu einem höchst ungewöhnlichen Ereignis – selbst im Licht des schnell wachsenden ‚Zoos‘ kurzlebiger astronomischer Ereignisse“, sagen Andreoni und Kollegen.

Auch Lesen :  ChatGPT unter Linux: Gnome 43 hat seine eigene KI-Erweiterung erhalten

Was macht Star Death AT2022cmc so besonders?© Dheeraj Pasham (MIT), Matteo Lucchini (MIT) und Margaret Trippe

Der Todesstern fliegt auf uns zu

Aus all diesen bemerkenswerten Merkmalen schlossen die Astronomen, dass AT2022cmc auf die reichlich vorhandene Mahlzeit eines entfernten Schwarzen Lochs zurückgeht – ein Gezeitenstörungsereignis. „AT2022cmc war so hell und so beständig, dass wir wussten, dass es etwas mit der Masse eines supermassiven Schwarzen Lochs war“, sagt Benjamin Gompertz von der University of Birmingham. Ein Stern von der Größe der Sonne, der das Schwarze Loch zerriss, erzeugte energiereiche Jets, von denen einer direkt auf die Erde gerichtet war.

Das bedeutet aber: Dieses Ereignis ist nicht nur einer der seltenen Fälle, in denen ein Stern mit begleitenden Jets auseinander reißt. Mit einer Entfernung von 8,5 Milliarden Lichtjahren ist dieses Ereignis auch bei weitem das am weitesten entfernte Ereignis seiner Art, das bisher aufgezeichnet wurde. „Da der relativistische Strahl auf uns gerichtet ist, ist das Ereignis viel heller als es sonst erscheinen würde und über einen größeren Bereich des elektromagnetischen Spektrums sichtbar“, erklärt Georg Leloudas von der Technischen Universität Dänemark

mit 99,9 % der Lichtgeschwindigkeit

Dank dieser glücklichen Umstände konnten Astronomen erstmals mehr Details über einen solchen Sternentod und seine Jets herausfinden. „Das Ereignis begann, als sich ein dem Untergang geweihter Stern auf einer nahezu parabelförmigen Flugbahn dem supermassiven Schwarzen Loch näherte und zu einem Strom gasförmiger Trümmer wurde“, beschreiben die Forscher das Szenario. Etwa die Hälfte der Masse des zerstörten Zwergsterns war in der Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch eingeschlossen und wurde extrem heiß und beschleunigt.

Auch Lesen :  Gefährliche Android-Apps auf Millionen von Handys entdeckt

Turbulenzen und Schockwellen führten dann zur Bildung von zwei polaren Jets aus energiereichen Teilchen und Strahlung. „Nach unseren Daten beträgt die Geschwindigkeit des Jets 99,9 Prozent der Lichtgeschwindigkeit“, sagt Matteo Lucchini vom MIT. Treibende Kraft für die dafür nötige massive Beschleunigung war jedoch kein starkes Magnetfeld, wie bisher für solche TDEs mit Jets angenommen. Denn beim AT2022cmc war es nur schwach ausgeprägt.

Ist die Rotation des Schwarzen Lochs so wichtig?

Stattdessen deuten die Beobachtungen darauf hin, dass die Rotation des Schwarzen Lochs der Schlüssel zur Bildung der Plasmabündel und der Strahlung war. Dementsprechend können sich solche Jets immer dann bilden, wenn sich ein supermassereiches Schwarzes Loch bei einem solchen Sternbruch um sich selbst dreht. Da dies nicht bei allen Schwarzen Löchern der Fall ist, sind TDEs mit Jets relativ selten.

Wir rechnen in Zukunft mit weiteren Veranstaltungen dieser Art. “Endlich können wir sagen, warum und wie Schwarze Löcher diese Jets erzeugen.” (Nature, 2022; doi: 10.1038/s41586-022-05465-8; Nature Astronomy, 2022; doi: 10.1038/s41550-022-01820-x)

Source

Leave a Reply

Your email address will not be published.

In Verbindung stehende Artikel

Back to top button