Während Astronomen seit Jahrzehnten sowohl große als auch kleine Schwarze Löcher untersuchen, ist es viel schwieriger, Beweise für diese mittelgroßen Schwarzen Löcher zu finden. Jetzt stellen Astronomen im Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Md., Fest, dass eine Röntgenquelle in der Galaxie NGC 5408 einen der besten Fälle für ein Schwarzes Loch im Mittelgewicht darstellt. "Schwarze Löcher mit mittlerer Masse enthalten zwischen dem 100- und 10.000-fachen der Sonnenmasse", erklärte Tod Strohmayer, Astrophysiker bei Goddard. „Wir beobachten die schweren schwarzen Löcher in den Zentren der Galaxien und die leichten, die Sterne in unserer eigenen Galaxie umkreisen. Aber die „Tweener“ zu finden, bleibt eine Herausforderung. “
Mehrere nahe gelegene Galaxien enthalten brillante Objekte, die als ultraluminöse Röntgenquellen (ULXs) bekannt sind. Sie scheinen mehr Energie zu emittieren als jeder bekannte Prozess, der von Sternen angetrieben wird, aber weniger Energie als die Zentren aktiver Galaxien, von denen bekannt ist, dass sie schwarze Löcher mit einer Sonnenmasse von Millionen enthalten.
"ULXs sind gute Kandidaten für Schwarze Löcher mittlerer Masse, und das in der Galaxie NGC 5408 ist besonders interessant", sagte Richard Mushotzky, Astrophysiker an der University of Maryland, College Park. Die Galaxie liegt 15,8 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Centaurus.
XMM-Newton entdeckte, was die Astronomen "quasi-periodische Schwingungen" nennen, ein fast regelmäßiges "Flackern", das durch die Ansammlung von heißem Gas tief in der Akkretionsscheibe verursacht wird, die sich um ein massives Objekt bildet. Die Rate dieses Flackerns war ungefähr 100-mal langsamer als die von Schwarzen Löchern mit Sternmasse. Bei Röntgenstrahlen übertrifft NGC 5408 X-1 diese Systeme jedoch um etwa den gleichen Faktor.
Basierend auf dem Zeitpunkt der Schwingungen und anderen Eigenschaften der Emission schließen Strohmayer und Mushotzky, dass NGC 5408 X-1 zwischen 1.000 und 9.000 Sonnenmassen enthält. Diese Studie erscheint in der Ausgabe vom 1. Oktober des Astrophysical Journal.
"Für diesen Massenbereich liegt der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs - der Teil, über den wir nicht sehen können - zwischen 3.800 und 34.000 Meilen oder weniger als die Hälfte des Erddurchmessers bis etwa zum Vierfachen seiner Größe", sagte Strohmayer.
Wenn NGC 5408 X-1 tatsächlich aktiv Gas verschlingt, um seine erstaunliche Röntgenemission zu befeuern, fließt das Material wahrscheinlich von einem umlaufenden Stern zum Schwarzen Loch. Dies ist typisch für Schwarze Löcher mit Sternenmasse in unserer Galaxie.
Als nächstes nutzte Strohmayer die Hilfe des NASA-Satelliten Swift, um nach subtilen Variationen von Röntgenstrahlen zu suchen, die die Umlaufbahn des Spendersterns von NGC 5408 X-1 signalisieren würden. "Swift bietet in einzigartiger Weise sowohl die Röntgenbildempfindlichkeit als auch die Planungsflexibilität, um eine solche Suche zu ermöglichen", fügte er hinzu. Ab April 2008 drehte Swift sein Röntgenteleskop im Rahmen einer laufenden Kampagne mehrmals pro Woche in Richtung NGC 5408 X-1.
Swift erkennt alle 115,5 Tage einen leichten Anstieg und Abfall der Röntgenstrahlen. "Wenn dies tatsächlich die Umlaufzeit eines Sternbegleiters ist", sagte Strohmayer, "dann ist es wahrscheinlich ein riesiger oder übergroßer Stern zwischen dem Drei- und Fünffachen der Sonnenmasse (1 Sonnenmasse ist die Masse der Sonne)." Diese Studie wurde zur Veröffentlichung in einer zukünftigen Ausgabe des Astrophysical Journal angenommen.
Die Swift-Beobachtungen decken nur etwa vier Umlaufzyklen ab, daher ist eine fortgesetzte Beobachtung erforderlich, um die Umlaufbahnnatur der Röntgenmodulation zu bestätigen.
„Astronomen haben NGC 5408 X-1 schon lange untersucht, weil es einer der besten Kandidaten für ein Schwarzes Loch mit mittlerer Masse ist“, fügt Philip Kaaret von der University of Iowa hinzu, der das Objekt bei Radiowellenlängen untersucht hat, dies aber ist nicht mit beiden Studien verbunden. "Diese neuen Ergebnisse untersuchen, was in der Nähe des Schwarzen Lochs passiert, und liefern starke Beweise dafür, dass es ungewöhnlich massiv ist."
Aufsatz: Beweis für ein Schwarzloch mit mittlerer Masse in NGC 5804
Quelle: NASA
