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Astronomen entdecken kosmischen Geysir

Aktive Galaxie durchlebt pünktlich alle 114 Tage einen starken Strahlenausbruch

Schwarzes Loch
Das Zentrum einer fernen Galaxie erzeugt alle 114 Tage einen Strahlenausbruch – ist das Schwarze Loch schuld? © NASA Goddard Space Flight Center/ Chris Smith (USRA/GESTAR)

Rätselhafte Regelmäßigkeit: Astronomen haben eine Galaxie entdeckt, in der alle 114 Tage ein heftiger Strahlenausbruch stattfindet – pünktlich wie ein Uhrwerk. Die zyklischen Eruptionen kommen aus dem Umfeld des Schwarzen Lochs im Zentrum der 570 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie. Doch was löst sie aus? Die Forscher vermuten, dass dort ein Stern nach und nach zerrissen wird.

Strahlenausbrüche in fernen Galaxien sind nichts Ungewöhnliches – immer wieder detektieren automatische Teleskope die hellen Lichtblitze von Supernovae, Gammastrahlenausbrüchen oder Sternkollisionen. Auch die supermassereichen Schwarzen Löcher im Zentrum von Galaxien können Strahleneruptionen verursachen, wenn sie Materie einsaugen. Selbst das heute eher ruhige Schwarze Loch unserer Milchstraße, Sagittarius A*, hat immer wieder solche Eruptionen durchlebt.

ESO 253-3
Auf den ersten Blick ist die 570 Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie ESO 253-3 nicht weiter auffällig. © Michael Tucker/ University of Hawaii, AMUSING survey

Alle 114 Tage eine Eruption

Doch die Galaxie ESO 253-3 ist anders: Die rund 570 Millionen Lichtjahre entfernte Sternenansammlung durchlebt nicht nur ab und zu mal einen Strahlenausbruch – ihre Eruptionen sind regelmäßig wie ein Uhrwerk. Als das ASAS-SN-Netzwerk robotischer Teleskope am 14. November 2014 den ersten Lichtblitz aus dem Herzen dieser Galaxie einfing, war dies noch reine Routine. Astronomen stuften es als Supernova ein.

Im Jahr 2020 nahm dann jedoch Anna Payne von der University of Hawaii in Manoa die von dieser Galaxie eingefangenen Signale näher unter die Lupe – und entdeckte Überraschendes: Der zuerst detektierte Strahlenausbruch war kein Einzelfall, sondern wiederholt sich alle 114 Tage. Jeder Flare nimmt im Verlauf von rund fünf Tagen allmählich an Helligkeit zu und erlischt dann langsam wieder. Das ermöglichte es den Astronomen, die folgenden drei Ausbrüche dieser Galaxie mit mehreren Teleskopen und in verschiedenen Wellenlängen zu beobachten.

„Dies sind die häufigsten, vorhersagbarsten und regelmäßigsten Multi-Wellenlängen-Ausbrüche, die wir je im Zentrum einer Galaxie gesehen haben“, sagt Payne. „Sie geben uns einen einzigartige Chance, diesen extragalaktischen Geysir im Detail zu erforschen.“

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Drei Erklärungen denkbar

Doch was ist die Ursache für diese regelmäßigen Ausbrüche? Theoretisch gäbe es dafür drei mögliche Szenarien, wie die Forscher erklären. Das erste beruht auf der Beobachtung, dass im Herzen der Galaxie zwei einander umkreisende Schwarze Löcher gibt. Ihre Wechselwirkungen könnten daher solche periodischen Strahlenausbrüche hervorrufen. Allerdings: Der Abstand der beiden Schwerkraftgiganten ist dafür eigentlich zu groß.

Eine zweite Möglichkeit wäre ein Stern, der auf einem stark gegen die Galaxienebene geneigten Orbit kreist. Dadurch würde er in regelmäßigen Abständen nahe an einem der Schwarzen Löcher vorbeifliegen und Materie verlieren. Wäre dies der Fall, müsste sich aber die Richtung der Flares alternierend ändern – was nicht der Fall ist, wie die Astronomen erklären.

Ein Stern zerreißt

Bleibt das dritte Szenario. In diesem kreist ein Stern auf einem exzentrischen, aber in der Galaxienebene liegenden Orbit um eines der Schwarzen Löcher. Weil er diesem immer wieder sehr nahe kommt, ist er immensen Gezeitenkräften ausgesetzt. Diese reißen ihn allmählich auseinander und der Stern verliert bei jeder Passage Gas ans Schwarze Loch. Diese periodische „Fütterung“ löst dann die Strahlenausbrüche aus.

Nach Ansicht von Payne und ihre Team ist dieses Szenario das Wahrscheinlichste. „Wir glauben, dass ein supermassereiches Schwarzes Loch im Galaxienzentrum diese Flares erzeugt, wenn es Teile eines umkreisenden Riesensterns verschlingt“, sagt Payne. Sollte diese Erklärung zutreffen, dann müsste der Gasvorrat des Sterns irgendwann erschöpft sein. Als Folge müssten dann auch die Strahlenausbrüche schwächer werden und schließlich ganz aufhören.

So könnten die regelmäßigen Flares der Galaxie ESO 253-3 zustandekommen.© NASA/GSFC

Unter Beobachtung

Ob dieses Szenario zutrifft, wollen die Astronomen durch weitere Überwachung des kosmischen Geysirs herausfinden. Neben erdbasierten Teleskopen werden sie dazu auch das NASA-Weltraumobservatorium TESS einsetzen. Dieses ist zwar primär zur Erforschung sonnennaher Exoplaneten ausgelegt, kann aber auch wertvolle Daten über Strahlung aus anderen Galaxien liefern. (237th meeting of the American Astronomical Society)

Quelle: NASA

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