Seltsames Schwarzes Loch in der Milchstraße mit enormer Deformation in seiner Akkretionsscheibe entdeckt

Ein internationales Team von Astrophysikern aus Südafrika, Großbritannien, Frankreich und den Vereinigten Staaten hat große Variationen in der Helligkeit des Lichts entdeckt, das von einem der Schwarzen Löcher beobachtet wird, die unserer Galaxie am nächsten liegen, 9.600 Lichtjahre von der Erde entfernt, was ihrer Meinung nach ist verursacht durch eine enorme Verformung in seiner Akkretionsscheibe.

Dieses Objekt, MAXI J1820 + 070, brach im März 2018 als neuer Röntgentransient aus und wurde von einem japanischen Röntgenteleskop an Bord der Internationalen Raumstation ISS entdeckt. Diese Transienten, Systeme, die heftige Explosionen darstellen, sind Doppelsterne, die aus einem Stern geringer Masse, ähnlich unserer Sonne, und einem viel kompakteren Objekt bestehen, das ein weißer Zwerg, Neutronenstern, Woher schwarzes Loch. In diesem Fall enthält MAXI J1820 + 070 ein Schwarzes Loch von mindestens der 8-fachen Masse unserer Sonne.

Die ersten Ergebnisse wurden jetzt in der hoch bewerteten internationalen Fachzeitschrift veröffentlicht. Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society, dessen Hauptautor Dr. Jessymol Thomas ist, Postdoktorand am South African Astronomical Observatory (SAAO).

Die in dem Artikel vorgestellte Entdeckung wurde aus einer umfangreichen und detaillierten Lichtkurve gemacht, die über fast ein Jahr von engagierten Amateuren auf der ganzen Welt erstellt wurde, die Teil der AAVSO (American Association of Variable Star Observers) sind. MAXI J1820 + 070 ist einer der drei hellsten Röntgentransienten, die jemals beobachtet wurden, eine Folge sowohl seiner Nähe zur Erde als auch der Tatsache, dass er sich außerhalb der verdunkelnden Ebene unseres Milchstraße Galaxis. Da es viele Monate lang hell blieb, konnte es von so vielen Enthusiasten verfolgt werden.

Professor Phil Charles, ein Forscher an der University of Southampton und Mitglied des Forschungsteams, erklärte, dass „die Materie des normalen Sterns von dem kompakten Objekt in seiner umgebenden Akkretionsscheibe aus spiralförmigem Gas angezogen wird. Massive Explosionen treten auf, wenn das Scheibenmaterial heiß und instabil wird, sich auf dem Schwarzen Loch aufbaut und große Energiemengen freisetzt, bevor es den Ereignishorizont überquert. Dieser Prozess ist chaotisch und sehr variabel und variiert über Zeitskalen von wenigen Millisekunden bis zu mehreren Monaten. „

Das Forschungsteam erstellte eine Visualisierung des Systems, die zeigt, wie eine riesige Menge an Röntgenstrahlen aus der Nähe des Schwarzen Lochs austritt, dann die umgebende Materie, insbesondere die Akkretionsscheibe, bestrahlt und sie auf eine Temperatur von d ‚etwa 10.000 K erhitzt. was als das emittierte sichtbare Licht angesehen wird. Daher nimmt mit der Röntgenexplosion auch das optische Licht ab.

Aber etwas Unerwartetes geschah fast 3 Monate nach Beginn der Explosion, als die optische Lichtkurve eine enorme Modulation auslöste – ähnlich wie das Auf- und Abdrehen eines Dimmers und fast die Verdoppelung der Helligkeit auf den Höhepunkt – über einen Zeitraum von etwa 17 Stunden. Dennoch gab es keine Änderung in der Leistung der Röntgenstrahlen, die stabil blieb. Während in der Vergangenheit bei anderen vorübergehenden Röntgenstrahlen kleine, fast periodische sichtbare Modulationen beobachtet wurden, war noch nie zuvor etwas in dieser Größenordnung gesehen worden.

Was hat dieses außergewöhnliche Verhalten verursacht? „Bei dem im Bild gezeigten Betrachtungswinkel des Systems konnten wir die übliche Erklärung, dass die Röntgenstrahlen die Innenfläche des Spendersterns beleuchten, weil die Aufhellung zum falschen Zeitpunkt erfolgte, ziemlich schnell ausschließen.“ Professor Karl. Es könnte auch nicht an der Variation des Lichts liegen, von dem der Stoffübergangsfluss auf die Scheibe trifft, während sich die Modulation allmählich relativ zur Umlaufbahn bewegt.

Damit blieb nur eine mögliche Erklärung übrig, der riesige Fluss von Röntgenstrahlen, der durch die Scheibe strahlte und sie verzog, wie im Bild gezeigt. Das Warping sorgt für eine enorme Vergrößerung des Bereichs der Scheibe, der beleuchtet werden könnte, wodurch die visuelle Lichtleistung bei Betrachtung zum richtigen Zeitpunkt erheblich erhöht wird. Ein solches Verhalten war bei Röntgen-Doppelsternen mit massereicheren Donoren beobachtet worden, aber noch nie bei einem Schwarzen Loch mit einem Donor mit geringer Masse wie diesem. Es eröffnet einen völlig neuen Weg für die Untersuchung der Struktur und Eigenschaften von deformierten Akkretionsscheiben.

Professor Charles fuhr fort: „Dieses Objekt hat bemerkenswerte Eigenschaften unter einer bereits interessanten Gruppe von Objekten, die uns viel über die Endpunkte der Sternentwicklung und die Bildung kompakter Objekte zu lehren haben. Wir kennen bereits einige Dutzend binäre Schwarze-Loch-Systeme in unserer Galaxie, die alle Massen zwischen 5 und 15 Sonnenmassen haben. Sie alle wachsen durch die Ansammlung von Materie, die wir hier so dramatisch miterlebt haben.

Ein großes wissenschaftliches Programm am Large Southern African Telescope (SALT) zur Untersuchung transienter Objekte wurde vor etwa 5 Jahren gestartet und hat eine Reihe wichtiger Beobachtungen kompakter Binärdateien gemacht, einschließlich Schwarzer-Loch-Systeme wie MAXI J1820 + 070. Professor Buckley, der leitende Forscher dieses Programms, sagt: „SALT ist ein perfektes Werkzeug, um das sich ändernde Verhalten dieser Röntgenstrahlen während ihrer Explosionen zu untersuchen, die es regelmäßig über Zeiträume von einigen Wochen bis zu mehreren Monaten überwachen kann mit Beobachtungen anderer Teleskope, einschließlich solcher im Weltraum, koordiniert werden.

Referenz: „Die großen optischen Modulationen während der Explosion von MAXI J1820 + 070 im Jahr 2018 zeigen die Entwicklung der durch die Zustandsänderung der Röntgenstrahlen deformierten Akkretionsscheibe“ von Jessymol K Thomas, Philip A Charles, David AH Buckley, Marissa M Kotze, Jean-Pierre Lasota, Stephen B. Potter, James F. Steiner und John A. Paice, 26. Oktober 2021, Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab3033