22.12.2022

Weit entferntes Sternen-Festmahl

Fernstes Beispiel eines supermassereichen schwarzen Loches beim Verspeisen eines Sterns nachgewiesen.

Zu Beginn dieses Jahres wurde das Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) alarmiert, nachdem ein Durchmusterungs­teleskop eine ungewöhnliche Quelle sichtbaren Lichts entdeckt hatte. Zusammen mit anderen Teleskopen wurde das VLT schnell auf die Quelle ausgerichtet: Ein super­massereiches schwarzes Loch in einer weit entfernten Galaxie, das einen Stern verschlungen und die Reste in einem Strahl ausgestoßen hatte. Das VLT stellte fest, dass es sich um das am weitesten entfernte Beispiel eines solchen Ereignisses handelt, das jemals beobachtet wurde. Da der Jet fast auf uns gerichtet ist, wurde er zum ersten Mal mit sichtbarem Licht entdeckt.

 

 

Abb.: Künstlerische Darstellung eines schwarzen Lochs, das einen Stern...
Abb.: Künstlerische Darstellung eines schwarzen Lochs, das einen Stern verschluckt. (Bild: ESO / M.Kornmesser)

Sterne, die zu nahe an ein schwarzes Loch herankommen, werden durch die enormen Gezeitenkräfte des schwarzen Lochs auseinandergerissen, was als Tidal Disruption Event (TDE, Gezeiten­störung) bezeichnet wird. Bei etwa einem Prozent dieser Ereignisse werden Plasma- und Strahlungsjets von den Polen des rotierenden schwarzen Lochs ausgestoßen. 1971 stellte der Pionier der schwarzen Löcher, John Wheeler, das Konzept der Gezeiten­störung als „eine Zahnpastatube, die man in der Mitte fest zusammendrückt“ vor, wodurch das System „Materie aus beiden Enden ausstößt“.

„Wir haben bisher nur eine Handvoll dieser Jet-TDEs gesehen, und sie bleiben sehr exotische und schlecht verstandene Ereignisse“, sagt Nial Tanvir von der University of Leicester in Großbritannien, der die Beobachtungen zur Bestimmung der Entfernung des Objekts mit dem VLT leitete. Astronomen sind daher ständig auf der Suche nach diesen extremen Ereignissen, um zu verstehen, wie die Jets eigentlich entstehen und warum nur ein so kleiner Teil der TDEs sie produziert.

Im Rahmen dieser Suche durchsuchen viele Teleskope, darunter die Zwicky Transient Facility (ZTF) in den USA, den Himmel immer wieder nach Anzeichen für kurzlebige, oft extreme Ereignisse, die dann von Teleskopen wie dem VLT der ESO in Chile viel genauer untersucht werden konnten. „Wir haben eine Open-Source-Datenpipeline entwickelt, die wichtige Informationen aus der ZTF-Durch­musterung speichert und auswertet und uns in Echtzeit vor atypischen Ereignissen warnt“, erklärt Igor Andreoni, Astronom an der University of Maryland in den USA, der zusammen mit Michael Coughlin von der University of Minnesota die neue Studie geleitet hat.

Im Februar dieses Jahres entdeckte das ZTF eine neue Quelle sichtbaren Lichts. Das Ereignis mit der Bezeichnung AT2022cmc erinnerte an einen Gamma­strahlen­ausbruch – die stärkste Lichtquelle im Universum. Die Aussicht, Zeuge dieses seltenen Phänomens zu werden, veranlasste Astronomen aus aller Welt, mehrere Teleskope in Gang zu setzen, um die geheimnisvolle Quelle genauer zu beobachten. Dazu gehörte auch das VLT der ESO, das dieses neue Ereignis mit dem X-Shooter-Instrument umgehend beobachtete. Die VLT-Daten zeigten, dass sich die Quelle in einer für diese Ereignisse beispiellosen Entfernung befand: Das von AT2022cmc erzeugte Licht begann seine Reise, als das Universum etwa ein Drittel so alt war wie heute.

Eine breite Spanne von Licht, von hochenergetischer Gammastrahlung bis hin zu Radiowellen, wurde von 21 Teleskopen auf der ganzen Welt gesammelt. Das Team verglich diese Daten mit verschiedenen Arten von bekannten Ereignissen, von kollabierenden Sternen bis hin zu Kilonovae. Das einzige Szenario, das mit den Daten übereinstimmte, war eine seltene Jet-TDE, die auf uns gerichtet ist. Giorgos Leloudas, Astronom an der DTU Space in Dänemark und Mitautor dieser Studie, erklärt: „Weil der relativistische Jet auf uns gerichtet ist, ist das Ereignis viel heller, als es sonst erscheinen würde, und über einen größeren Bereich des elektro­magnetischen Spektrums sichtbar.“

Die VLT-Entfernungsmessung ergab, dass AT2022cmc das am weitesten entfernte TDE ist, das je entdeckt wurde, aber das ist nicht der einzige rekordverdächtige Aspekt dieses Objekts. „Bisher wurden die wenigen bekannten Jet-TDEs zunächst mit Hochenergie-Gammastrahlen- und Röntgen­teleskopen entdeckt, aber dies war die erste Entdeckung eines solchen Objekts bei einer optischen Durchmusterung“, sagt Daniel Perley, Astronom an der Liverpool John Moores University in Groß­britannien und Mitautor der Studie. Dies zeigt einen neuen Weg zur Entdeckung von Jet-TDEs, der weitere Untersuchungen dieser seltenen Ereignisse und der extremen Umgebungen um schwarze Löcher ermöglicht.

MPIA / DE

 

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