XMM-Newton spürt Mikroquasar in M 31 auf

Mikroquasare nennen Astronomen stellare Schwarze Löcher, die aufgrund ihrer Strahlungseigenschaften Quasaren, also supermassiven Schwarzen Löchern in Galaxien, ähneln. Diese Schwarzen Löcher mit der 5- bis 20-fachen Sonnenmasse bilden ein enges Doppelsystem mit einem normalen Stern, von dem sie Materie akkretieren. Wie bei ihren großen Gegenstücken kommt es daher zu Bildung von Akkretionsscheiben und relativistischen Jets. Die Rate, mit der Materie in das Schwarze Loch einfällt, bestimmt über die Stärke der Röntgenstrahlung der Akkretionsscheibe ebenso wie über die Stärke der Radiostrahlung der Jets.

Für die Einfallsrate – und damit auch für die Leuchtkraft – gibt es eine theoretische Grenze, das Eddington-Limit. Bei Überschreitung ist der Strahlungsdruck so groß, dass der Materieeinfall gestoppt wird – und sich wieder ein Zustand unterhalb des Eddington-Limits einstellt. In der Milchstraße sind gerade einmal vier Mikroquasare bekannt, deren Leuchtkraft im Bereich dieses Maximums liegt. Doch starke Absorption der Röntgenstrahlung im interstellaren Medium der galaktischen Scheibe erschwert eine genaue Beobachtung dieser Objekte, die den Astronomen einen Einblick in die kausalen Abläufe geben könnten, die von der Materieakkretion zur Bildung der Jets führen.

Im Rahmen einer von Wolfgang Pietsch vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik geleiteten Überwachung von Novae in der Andromeda-Galaxie wurde im Januar mit dem Satelliten XMM-Newton eine extrem hellen Röntgenquelle, XMMU J004243.6 412.519, aufgespürt. Nachfolgende Beobachtungen eines internationalen Teams um Matthew Middleton von der University of Durham sowohl im Röntgen- als auch im Radiobereich haben gezeigt, dass es sich bei dem Objekt um einen Mikroquasar handelt, der zeitweilig das Eddington-Limit überschritt. XMMU J004243.6 412.519 ist damit der erste bekannte extragalaktische Mikroquasar.

Für diese Einordnung des Objekts sprechen sowohl die maximale, im Röntgenbereich erreichte Leuchtkraft von über 10³⁹ erg/s als auch die starke Variabilität der Quelle im Radiobereich. Beobachtungen mit dem Very Large Array haben Veränderungen im Minutenbereich nachgewiesen, was auf eine Quellengröße von etwa fünf Astronomischen Einheiten hindeutet. Durham und seine Kollegen gehen davon aus, dass diese Emission von durch Stoßwellen beschleunigten, elektrisch geladenen Teilchen innerhalb der Jets stammt, die mit mehr als 90 Prozent der Lichtgeschwindigkeit ins All schießen.

Aus der maximal im Eddington-Limit erreichten Leuchtkraft schließen Middleton und seine Kollegen auf eine Masse von etwa dem Zehnfachen der Sonnenmasse für das Schwarze Loch. Archivaufnahmen im optischen Bereich zeigen im Bereich der durch VLBI-Messungen mit hoher Genauigkeit bestimmten Position des Objekts keinen Stern in M31. Demnach, so die Forscher, kann der Begleiter des Schwarzen Lochs kein leuchtkräftiger Riesenstern sein sondern eher ein Stern geringer Masse.

„Wenn wir davon ausgehen, dass die Eigenschaften dieser Quelle typisch für solche Objekte sind, dann können wir ähnliche Schwarze Löcher auch in anderen, nahen Galaxien entdecken“, erläutert Middleton die Bedeutung des Funds. „Ein genaues Verständnis, wie sich die Scheibe und die damit einhergehenden Strahlen verhalten, kann uns bei der Beantwortung kosmologischer Fragen helfen, beispielsweise bei der Frage, wie die Jets von Quasaren Materie und Energie im jungen Universum umverteilt haben.“

Rainer Kayser

OD