Die zusätzliche Anstrengung, einen schwachen, gigantischen Korkenzieher abzubilden, der von schnellen Protonen und Elektronen verfolgt wird, die aus einem mysteriösen Mikroquasar herausgeschossen wurden, zahlte sich für ein Paar Astrophysiker aus, die neue Einblicke in das Innenleben des Tieres erhielten und auch einen langjährigen Streit über die Entfernung des Objekts lösten.
Die Astrophysiker verwendeten das VLA-Radioteleskop (Very Large Array) der National Science Foundation, um die bislang kleinsten Details zu erfassen, die in den Plasmadüsen des Mikroquasars SS 433 zu sehen waren, einem Objekt, das einst als "Rätsel des Jahrhunderts" bezeichnet wurde. Infolgedessen haben sie das Verständnis der Wissenschaftler für die Jets verändert und die Kontroverse über ihre Entfernung "zweifelsfrei" beigelegt, sagten sie.
SS 433 ist ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch, das von einem „normalen“ Begleitstern umkreist wird. Die starke Schwerkraft des Neutronensterns oder des Schwarzen Lochs zieht Material aus dem Sternwind seines Begleiters in eine Akkretionsscheibe aus Material, die das dichte zentrale Objekt fest umkreist, bevor es darauf gezogen wird. Diese Scheibe treibt Strahlen schneller Protonen und Elektronen mit etwa einem Viertel der Lichtgeschwindigkeit von ihren Polen nach außen. Die Scheibe in SS 433 wackelt wie ein Kinderoberteil, sodass die Düsen alle 162 Tage einen Korkenzieher am Himmel verfolgen.
Die neue VLA-Studie zeigt, dass die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Partikel im Gegensatz zum traditionellen Modell für SS 433 im Laufe der Zeit variiert.
"Wir haben festgestellt, dass die tatsächliche Geschwindigkeit zwischen 24 und 28 Prozent der Lichtgeschwindigkeit variiert, anstatt konstant zu bleiben", sagte Katherine Blundell von der Universität Oxford in Großbritannien. "Erstaunlicherweise ändern die Jets, die in beide Richtungen fliegen, gleichzeitig ihre Geschwindigkeit und erzeugen zu jedem Zeitpunkt identische Geschwindigkeiten in beide Richtungen", fügte Blundell hinzu. Blundell arbeitete mit Michael Bowler, ebenfalls aus Oxford, zusammen. Die Ergebnisse der Wissenschaftler wurden von den Astrophysical Journal Letters akzeptiert.
Das neue VLA-Bild zeigt zwei volle Umdrehungen des Korkenziehers der Düsen auf beiden Seiten des Kerns. Die Analyse des Bildes ergab, dass die Strahlengänge nicht genau mit den Details des Bildes übereinstimmen würden, wenn Material mit konstanter Geschwindigkeit aus dem Kern käme.
„Durch die Simulation von Auswürfen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten konnten wir eine genaue Übereinstimmung mit der beobachteten Struktur erzielen“, erklärte Blundell. Die Wissenschaftler haben zuerst ein Match mit einem der Jets gemacht. "Wir waren dann fassungslos zu sehen, dass die unterschiedlichen Geschwindigkeiten, die der Struktur eines Jets entsprachen, auch den Weg des anderen Jets exakt wiedergaben", sagte Blundell. Durch die Anpassung der Geschwindigkeiten in den beiden Jets wurde die beobachtete Struktur reproduziert, wobei sogar die Tatsache berücksichtigt wurde, dass es länger dauert, bis ein Strahl uns von uns entfernt, da sich ein Jet näher von uns entfernt als der andere.
Die Astrophysiker spekulieren, dass die Änderungen der Ausstoßgeschwindigkeit durch Änderungen der Geschwindigkeit verursacht werden können, mit der Material vom Begleitstern auf die Akkretionsscheibe übertragen wird.
Das detaillierte neue VLA-Bild ermöglichte es den Astrophysikern auch festzustellen, dass SS 433 fast 18.000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Frühere Schätzungen hatten das Objekt im Sternbild Aquila in der Nähe von 10.000 Lichtjahren. Eine genaue Entfernung, so die Wissenschaftler, ermöglicht es ihnen nun, das Alter der Trümmerhülle, die durch die Supernova-Explosion, die das dichte, kompakte Objekt im Mikroquasar erzeugt hat, herausgeblasen wurde, besser zu bestimmen. Wenn sie den Abstand genau kennen, können sie auch die tatsächliche Helligkeit der Komponenten des Mikroquasars messen. Dies verbessert ihr Verständnis der physikalischen Prozesse, die im System ablaufen.
Das bahnbrechende Bild wurde unter Verwendung von 10 Stunden Beobachtungszeit mit dem VLA in einer Konfiguration erstellt, die die Fähigkeit des VLA maximiert, feine Details zu sehen. Es stellt die längste "Zeitbelichtung" von SS 433 bei Radiowellenlängen dar und zeigt somit die schwächsten Details. Es stellt auch das beste Bild dar, das mit der aktuellen Technologie erstellt werden kann. Da sich die Jets in SS 433 bewegen, würde ihr Bild bei einer längeren Beobachtung „verschmiert“. Um noch schwächere Details in den Jets zu sehen, müssen die Astrophysiker auf die größere Empfindlichkeit des erweiterten VLA warten, der in einigen Jahren verfügbar sein wird.
SS 433 war das erste Beispiel für sogenannte Mikroquasare, binäre Systeme mit entweder einem Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch, das von einem anderen Stern umkreist wird, und emittiert Materialstrahlen mit hoher Geschwindigkeit. Das seltsame Sternensystem erhielt in den späten 1970er und frühen 1980er Jahren eine Fülle von Medienberichterstattung. Ein Artikel von Sky & Telescope aus dem Jahr 1981 trug den Titel "SS 433 - Rätsel des Jahrhunderts".
Da angenommen wird, dass Mikroquasare in unserer eigenen Milchstraßengalaxie ihre Hochgeschwindigkeits-Materialstrahlen durch Prozesse erzeugen, die denen ähneln, die Strahlen aus den Kernen von Galaxien erzeugen, dienen die nahe gelegenen Mikroquasare als praktisches „Labor“ zur Untersuchung der Physik von Jets. Die Mikroquasare sind näher und zeigen Veränderungen schneller als ihre größeren Cousins.
Katherine Blundell ist eine wissenschaftliche Mitarbeiterin der Universität, die von der britischen Royal Society finanziert wird.
Das National Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation, die im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung von Associated Universities, Inc. betrieben wird.
Originalquelle: NRAO-Pressemitteilung
