Astronomen haben ein supermassives Schwarzes Loch (SMBH) mit einem ungewöhnlich regelmäßigen Fütterungsplan gefunden. Das Ungetüm ist ein aktiver galaktischer Kern (AGN) im Herzen der Seyfert 2-Galaxie GSN 069. Das AGN ist etwa 250 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt und enthält etwa das 400.000-fache der Sonnenmasse.
Das Astronomenteam nutzte das XMM-Newton der ESA und das Chandra-Röntgenobservatorium der NASA, um die Röntgenemissionen des SMBH zu beobachten. Ungefähr alle 9 Stunden flackert das Schwarze Loch hell mit Röntgenstrahlen auf, wenn Material hineingezogen wird. Astronomen haben zwei andere schwarze Löcher mit Sternmasse gefunden, die beim Fressen regelmäßig aufflammen, aber diese Art von Regelmäßigkeit in einem supermassiven Schwarzen Loch wurde noch nie zuvor gesehen.
"Dieses Schwarze Loch steht auf einem Speiseplan, wie wir ihn noch nie gesehen haben."
Giovanni Miniutti, Hauptautor, ESA-Zentrum für Astrobiologie, Spanien.
Das Papier, das diese Entdeckung umreißt, ist in Nature veröffentlicht und trägt den Titel „Neun-stündige quasi-periodische Röntgenausbrüche aus einem galaktischen Kern eines Schwarzen Lochs mit geringer Masse“. Hauptautor ist Giovanni Miniutti vom ESA-Zentrum für Astrobiologie in Spanien. Dem Papier zufolge verbraucht die SMBH dreimal täglich Material im Wert von etwa vier Monden. Das heißt, jedes Mal, wenn das Schwarze Loch frisst, verbraucht es ungefähr eine Million Milliarden Milliarden Pfund Material.
"Dieses Schwarze Loch steht auf einem Speiseplan, wie wir ihn noch nie gesehen haben", sagte Miniutti in einer Pressemitteilung. "Dieses Verhalten ist so beispiellos, dass wir einen neuen Ausdruck prägen mussten, um es zu beschreiben:" Quasi-periodische Röntgeneruptionen "."
Die Röntgenemissionen dieses SMBH sind seit Juli 2010 bekannt und wurden beobachtet, waren jedoch konstant. Das neue Papier basiert auf 54 Beobachtungstagen ab Dezember 2018, beginnend mit dem XMM-Newton-Observatorium der ESA. Dieses Observatorium entdeckte am 24. Dezember zwei Ausbrüche. Im Januar fand XMM-Newton drei weitere dieser regulären Bursts.
Dann baten Astronomen das Chandra-Observatorium der NASA um mehr Beobachtungszeit, um dies zu untersuchen. Chandra beobachtete fünf weitere dieser Ereignisse. Während der aktuellen regelmäßigen Eruptionen nimmt die Röntgenfackelaktivität gegenüber den Hintergrund-Röntgenemissionen um zwei Größenordnungen zu. Jede Fackel dauert etwas mehr als eine Stunde und tritt alle neun Stunden auf.
"Durch die Kombination der Daten dieser beiden Röntgenobservatorien haben wir diese periodischen Ausbrüche mindestens 54 Tage lang verfolgt", sagte Co-Autor Richard Saxton vom Europäischen Weltraumastronomiezentrum in Madrid, Spanien. "Dies gibt uns die einmalige Gelegenheit, den Fluss der Materie in ein supermassereiches Schwarzes Loch zu beobachten, das immer schneller und langsamer wird."
Während jedes dieser Ausbrüche ist das Abfackeln des Röntgenstrahls 20-mal heller als in ruhigen Perioden. Die Temperatur des einfallenden Gases steigt ebenfalls an. Es steigt von etwa 1 Million Grad Fahrenheit in ruhigeren Perioden auf 2,5 Millionen Grad Fahrenheit während Fackeln. Die höhere Temperatur entspricht in etwa der Gastemperatur um die meisten SMBHs, die aktiv wachsen.
Die Ursache dieser regelmäßigen Fackeln ist unbekannt. Das heiße Gas mit einer Temperatur von 2,5 Millionen Grad F, das GSN 069 umgibt, hat die gleiche Temperatur wie das Gas, das andere SMBH umgibt. Es ist ein Rätsel, weil es einfach zu heiß ist, um von der einfallenden Materialscheibe zu stammen, die schwarze Löcher umgibt. GSN 069 ist jedoch eine einzigartige Gelegenheit, das Phänomen zu untersuchen, da sich das heiße Gas wiederholt bildet und dann verschwindet.
Normalerweise wird dieses heiße Gas dadurch verursacht, dass ein Stern auseinandergerissen und von einem Schwarzen Loch verbraucht wird, denken Astronomen. Die Regelmäßigkeit von GSN 069 ist jedoch ein Rätsel.
"Wir glauben, dass der Ursprung der Röntgenemission ein Stern ist, den das Schwarze Loch teilweise oder vollständig auseinandergerissen hat und der langsam Stück für Stück verbraucht", sagte Co-Autorin Margherita Giustini, ebenfalls vom ESA-Zentrum für Astrobiologie. "Aber was die sich wiederholenden Bursts betrifft, ist dies eine völlig andere Geschichte, deren Ursprung mit weiteren Daten und neuen theoretischen Modellen untersucht werden muss."
Wiederum ist es nichts Neues zu sehen, wie ein supermassereiches Schwarzes Loch Gas von einem Stern verbraucht. Es ist die Regelmäßigkeit des Abfackelns von GSN 069, die den Kopf kratzt. Die Autoren der Studie schlagen zwei mögliche Erklärungen für den regelmäßigen Fütterungsplan des SMBH vor:
- Die Energiemenge in der Scheibe baut sich auf, bis sie instabil wird und Materie schnell in das Schwarze Loch fällt, wodurch die Bursts erzeugt werden. Dieser Zyklus wiederholt sich.
- Es gibt eine Wechselwirkung zwischen der Scheibe und einem Sekundärkörper, der das Schwarze Loch umkreist, möglicherweise den Rest des teilweise zerstörten Sterns.
Dank der Chandra-Beobachtungen weiß das Wissenschaftlerteam, dass die Quelle der aufflammenden Röntgenstrahlen genau im Herzen von GSN 069 liegt. Dort wird voraussichtlich ein SMBH sein. Die kombinierten Daten von Chandra und XMM-Newton zeigen auch deutlich, dass sich das Aufflackern, obwohl es regelmäßig ist, langsam ändert: Sowohl die Größe als auch die Dauer der „Mahlzeiten“ des Schwarzen Lochs haben sich leicht verringert, und der Abstand zwischen den einzelnen Mahlzeiten wächst. Es liegt an zukünftigen Beobachtungen, ob sich diese Trends fortsetzen.
GSN 069 ist für eine SMBH eher klein. Normalerweise enthält ein SMBH eine Masse von mehreren Millionen oder sogar mehreren Milliarden Sonnen, während GSN 069 nur eine Masse von etwa 400.000 Sonnen enthält. Dies könnte erklären, warum diese Art der regelmäßigen Fütterung bisher noch nicht gesehen wurde.
Bei größeren SMBHs, die viel größer als diese sind, sind ihre Helligkeitsschwankungen viel langsamer. Anstatt alle neun Stunden auszubrechen, sollte es Monate oder sogar Jahre dauern, bis sie so aufflammen. Dies würde erklären, warum solche quasi-periodischen Eruptionen (QPEs) nicht beobachtet wurden. Röntgenobservatorien sind beschäftigt und es gibt keine Möglichkeit, so lange eines auf einem einzelnen Ziel zu trainieren.
Es gab mehrere Fälle, in denen eine starke Zunahme oder Abnahme der von Schwarzen Löchern erzeugten Röntgenstrahlen beobachtet wurde. Diese Beobachtungen beruhten auf wiederholten Beobachtungen über Monate oder sogar Jahre. Einige dieser Änderungen sind zu schnell, um durch die Standardtheorie der einfallenden Materie von der Akkretionsscheibe eines Schwarzen Lochs erklärt zu werden. Aber diese Entdeckung könnte diese Beobachtungen erklären. Sie haben möglicherweise ein ähnliches Verhalten wie GSN 069.
Mehr:
- Pressemitteilung: Wissenschaftler entdecken, dass Schwarzes Loch drei warme Mahlzeiten pro Tag hat
- Forschungsbericht: Neunstündige quasi-periodische Röntgenausbrüche aus einem massearmen galaktischen Kern des Schwarzen Lochs
- Wikipedia: Aktiver galaktischer Kern
