Mysterious Flash ist ein supermassives Schwarzes Loch, das das Licht von 1.000 Billionen Sonnen ausstrahlt


Astronomen am Zwicky Übergangseinrichtung in Kalifornien entdeckte im Februar einen brillanten Blitz. Die lebhafte Fackel mit dem Namen AT 2022cmc provozierte mehr Fragen als Antworten.

Solche Blitze sind nicht gerade selten. Astronomen haben schon früher viele dieser Schimmer aus dem Weltraum hervorbrechen sehen. Aber dieser bestimmte existierte in einer eigenen Liga. Sie stammte aus einer Entfernung von etwa 8,5 Milliarden Lichtjahren und schien mehr Licht auszustrahlen als 1.000 Billionen Sonnen zusammen.

Der menschliche Verstand kann eine solche Menge kaum begreifen, geschweige denn eine solche Menge an … Sonnen.

Seit der spektakulären Entdeckung dieses Glitzerns begannen Wissenschaftler weltweit zu entschlüsseln, wo, warum und sogar wie das schillernde Ereignis hätte eintreten können. Und ein Paar Papiere, die am Mittwoch in den Zeitschriften Nature und Nature Astronomy veröffentlicht wurden, kommen zu dem Schluss, dass Zwicky das Signal eines einzigartig extremen „Gezeitenstörungsereignisses“ oder TDE empfangen hat.

Mit anderen Worten, das Team hinter diesen Studien glaubt, dass der Blitz von einem Materiestrahl stammte, der aus dem Inneren eines supermassiven Schwarzen Lochs strömte, sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegte und direkt auf unseren Planeten gerichtet war.

„Wir fanden heraus, dass die Strahlgeschwindigkeit 99,99 % der Lichtgeschwindigkeit entspricht“, sagte Matteo Lucchini, Forscher am Kavli-Institut für Astrophysik und Weltraumforschung des MIT und Mitautor der Studie veröffentlicht in Nature Astronomy, sagte in a Aussage.

Als Pionier des Schwarzen Lochs John Wheeler stellte die Idee vor von der TDE-Jet-Kombination im Jahr 1971 beschrieb er sie als „eine Tube Zahnpasta, die fest um ihre Mitte gegriffen wird“, was dazu führt, dass sie „Materie aus beiden Enden herausspritzt“. Nur etwa 1% der TDEs erzeugen diese superschnellen oder relativistischen Plasma- und Strahlungsstrahlen, die von beiden Polen ausgehen.

Wenn das Team mit seiner Existenz richtig liegt, würde dieser Jet das am weitesten entfernte Gezeitenstörungsereignis darstellen, das jemals entdeckt wurde. Was aber besonders auffällt, ist seine Helligkeit. Das ist, weil Je heller das Objekt, desto einfacher ist es, Informationen daraus zu gewinnen.

Insgesamt 21 Teleskope auf der ganzen Welt sammelten Beobachtungsdaten des Jets über einen breiten Streifen von Lichtarten, von Radiowellen bis zu hochenergetischen Gammastrahlen. All diese Informationen wurden dann mit Daten bekannter kosmischer Ereignisse verglichen, die von Neutronensternen bis hin zu Kilonovae reichten, aber die einzige Möglichkeit, die eine solide Übereinstimmung lieferte, war ein ausgestoßenes TDE, das direkt auf uns gerichtet war.

Zu diesem Zweck glauben die Forscher, dass es aus zwei Gründen von unserem Standpunkt auf der Erde aus unnatürlich hell erscheint.

Erstens verschlingt das schwarze Loch des Jets wahrscheinlich einen nahe gelegenen Stern, wodurch eine beträchtliche Menge an Energie freigesetzt und während seines Festmahls eine Tonne Licht emittiert wird. Wie der Co-Autor der Studie vom MIT, Dheeraj „DJ“ Pasham, es ausdrückt, ist der Jet extrem aktiv und befindet sich in einem „Hyper-Fressrausch“.

„Wahrscheinlich verschlingt er den Stern mit der Hälfte der Sonnenmasse pro Jahr“, sagte Pasham in einer Erklärung. „Viele dieser Gezeitenstörungen treten früh auf, und wir konnten dieses Ereignis gleich zu Beginn erfassen, innerhalb einer Woche, nachdem das Schwarze Loch begonnen hat, sich von dem Stern zu ernähren.“

Aber zweitens – und unserer Meinung nach am faszinierendsten – liegt ein Effekt namens „Doppler-Boosting“ vor.

Was verstärkt der Doppler?

Grundsätzlich die Doppler-Effekt bezieht sich darauf, wie sich Schallwellen, Lichtwellen und jede andere Art von Welle ändert, wenn sich das Ding, das diese Wellen erzeugt, auf Sie zu oder von Ihnen weg bewegt.

Denken Sie darüber nach, was passiert, wenn ein Auto mit lauter Musik an Ihrem Haus vorbeifährt. Mit zunehmender Entfernung wird der Ton nicht nur weniger ausgeprägt, sondern ändert häufig auch die Tonhöhe. Dies liegt daran, dass sich die Schallwellen irgendwie ausdehnen, sodass Ihr Gehirn sie als auf einer niedrigeren Tonhöhe erkennt.

Der Doppler-Effekt tritt auch bei Lichtwellen auf – von Astronomen oft als Rotverschiebung bezeichnet, wenn es um helle Galaxien und Sterne geht, die sich von unserem Planeten entfernen.

Hier ist eine Illustration, die zeigt, was die Rotverschiebung grundsätzlich mit dem Licht macht, das von Galaxien kommt, die sich von der Erde entfernen.

NASA/JPL-Caltech//R. Hurt (Caltech-IPAC)

Wenn sich diese Gegenstände weiter entfernen, dehnen sich die Lichtwellen aus, die sie ausstrahlen, und verwandeln sich von festeren bläulichen zu entspannten röteren. Schließlich betreten sie sogar infrarotes Wasser, das für menschliche Augen und normale optische Maschinen unsichtbar ist – weshalb das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA so eine große Sache ist. Es kann diese superduper ausgedehnten Wellenlängen einfangen, die im tiefen, dunklen Universum vorhanden sind.

Aber im Fall des relativistischen Jets von AT 2022cmc bewegt sich Licht auf uns zu, also wird es mit zunehmender Entfernung nicht röter oder weicher. Es wird immer leuchtender, während sich seine Photonen näher an unsere Teleskope bewegen, was noch verstärkt wird durch die Tatsache, dass sie mit genug Energie aussenden, um fast die Lichtgeschwindigkeit zu erreichen.

„Da der relativistische Jet auf uns zeigt, macht er das Ereignis viel heller, als es sonst erscheinen würde, und über einen größeren Bereich des elektromagnetischen Spektrums sichtbar“, sagte Giorgos Leloudas, Astronom am DTU Space in Dänemark und Mitautor des Studieren in der Natur.

Typischerweise stammen solche unnatürlich hellen Lichtausbrüche von sogenannten Gammastrahlenausbrüchen. Gammastrahlenausbrüche sind ebenfalls großartige Jets, obwohl sie aus Röntgenstrahlen bestehen, die von massereichen Sternen ausgestoßen werden, wenn ihre Sternkörper kollabieren. Aufgrund ihrer schimmernden Natur neigen diese Phänomene dazu, die Ruhmeshalle der Astronomie zu bevölkern. Letzten Monat wurden Wissenschaftler von einem mächtigen Gammastrahlenausbruch fassungslos, der aus etwa 2,4 Milliarden Lichtjahren Entfernung im Universum kam. Es heißt buchstäblich BOOT – das hellste aller Zeiten.

Diese Sequenz, die aus Daten des Fermi Large Area Telescope erstellt wurde, zeigt den Himmel in Gammastrahlen, die auf die Position von GRB221009A oder BOOT zentriert sind. Insgesamt repräsentieren sie mehr als 10 Stunden Beobachtungen.

NASA/DOE/Fermi LAT-Zusammenarbeit

Aber AT 2022cmc war nach weiteren Spekulationen definitiv kein Gammastrahlenausbruch.

„Dieses besondere Ereignis war 100-mal stärker als das stärkste Nachglühen eines Gammastrahlenausbruchs“, sagte Pasham. “Es war etwas Außergewöhnliches.”

Und siehe da, nach wochenlangem Data Mining und allen astronomischen Beobachtungsstopps mit Röntgen-, Radio-, optischen und UV-Teleskopen kam das Team zu dem Schluss, dass AT 2022cmc aus dem magnetischen Trümmerstrudel eines Schwarzen Lochs kommen muss. Es muss ein Gezeitenstörungsereignis sein, das durch den Doppler-Effekt pigmentiert ist. Wenn dem so ist, ist es das vierte Doppler-verstärkte TDE, das jemals gefunden wurde, und das erste Doppler-verstärkte Ereignis im Allgemeinen, das seit 2011 beobachtet wurde. Es ist auch das erste TDE, das mithilfe einer optischen Himmelsdurchmusterung gefunden wurde.

Die Wissenschaftler konnten auch das gesamte Spektrum der Beobachtungen von AT 2022cmc nutzen, um seine Temperatur und Entfernung zu bestimmen.

„Unser Spektrum sagte uns, dass die Quelle heiß war: etwa 30.000 Grad, was typisch für ein TDE ist“, sagte Matt Nicholl, außerordentlicher Professor an der Universität Birmingham. „Aber wir haben auch eine gewisse Lichtabsorption durch die Galaxie gesehen, in der dieses Ereignis stattfand. Diese Absorptionslinien waren stark zu röteren Wellenlängen verschoben, was uns sagt, dass diese Galaxie viel weiter entfernt war, als wir erwartet hatten.“

Bemerkenswerterweise ist das Zentrum dieser weit entfernten Galaxie noch nicht sichtbar, da es durch die Helligkeit von AT 2022cmc ausgewaschen wird, aber wenn es schließlich verblasst, kann die Quellgalaxie mit dem James-Webb-Teleskop beobachtbar werden.

In der Zwischenzeit werden die Forscher den Himmel weiterhin nach dem exotischen und kaum verstandenen Jet-TDE absuchen.

„Wir erwarten in Zukunft noch viele weitere dieser TDEs“, sagte Lucchini. „Dann können wir vielleicht endlich sagen, wie genau Schwarze Löcher diese extrem mächtigen Jets starten.“

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