Astronomen haben einen spektakulären Satz konzentrischer Ringe aus Röntgenstrahlung eingefangen. Dieses besondere Lichtecho entstand, als ein Strahlenausbruch vom 7.800 Jahre Lichtjahre entfernten Schwarzen Loch V404 Cygni von galaktischen Staubwolken gebrochen wurde. Die acht resultierenden Strahlenringe liefern nun wertvolle Informationen über Beschaffenheit und Verteilung des Staubs in der Milchstraße.
Jahrzehntelang war das rund 7.800 Lichtjahre entfernt liegende Doppelsystem V404 Cygni ruhig und unauffällig. In ihm umkreist ein kleiner Stern ein stellares Schwarzes Loch von rund zehn Sonnenmassen. Doch im Juni 2015 änderte sich dies abrupt: Das Schwarze Loch durchlebte eine Serie extremer Strahlenausbrüche, die das System vorübergehend zur hellsten Röntgenquelle am Himmel machten. Parallel dazu zuckten immer wieder ultrakurze rötliche Lichtblitze mit der Energie von tausend Sonnen auf.
Wie Strahlenringe entstehen
Ein weiteres mit diesem Strahlenausbruch verknüpftes Phänomen haben Astronomen um Sebastian Heinz von der University of Wisconsin-Madison entschlüsselt. Es handelt sich um einen Streuungseffekt, der die Röntgenschübe des Schwarzen Lochs zu spektakulären Strahlungsringen formt. Urheber dieses Phänomens sind die in der Milchstraße verteilten Staubwolken, die die Strahlung auf ihrem Weg zur Erde brechen und bündeln.
„Bei konstanten Röntgenquellen führt diese Streuung nur zur Bildung eines diffusen Halo rund um die Strahlenquelle“, erklären Heinz und sein Team. „Aber wenn die Quelle wohldefinierte Flares gefolgt von Perioden der Ruhe erzeugt, dann nimmt die gestreute Strahlung die Form diskreter Ringe an.“ Die Dicke, Anzahl und Intensität der Strahlenringe liefert dabei wertvolle Informationen über die Verteilung und Art des galaktischen Staubs.
Wie die Strahlenringe von V404 Cygni aussahen, haben Heinz und sein Team daher noch einmal detailliert anhand von Daten der Röntgenobservatorien Chandra und Swift rekonstruiert.
Acht konzentrische Ringe
Das Ergebnis: Den Astronomen gelang es, neben den schon bekannten vier Strahlenringen noch weitere Lichtechos sichtbar zu machen. „Insgesamt haben wir acht separate Ringe in den Swift-Aufnahmen identifiziert“, berichtet das Team. Diese finden sich in Teilen auch in den Bildern des Chandra-Röntgenteleskops wieder. Dabei nimmt die Helligkeit der konzentrischen Ringe von innen nach außen ab. Einige der inneren Ringe zeigen zudem speichenartige Helligkeitsschwankungen.
Die inneren vier Ringe sind zudem sehr scharf und deutlich abgegrenzt. „Das deutet darauf hin, dass sehr konzentrierte Staubwolken für diese Strahlenringe verantwortlich sind“, berichten die Astronomen. Ein leichter seitlicher Versatz einiger Ringe spricht zudem dafür, dass diese einzelnen Staubwolken nicht direkt hintereinander in der Sichtlinie zu V404 Cygni liegen.
Information über galaktische Staubwolken
Aus diesen Merkmalen kombiniert mit dem Durchmesser der Röntgenringe gelang es dem Team, die ungefähre Position und Größe der Staubwolken zu kartieren. Demnach passierten die Röntgenpulse des Ausbruchs auf ihrem Weg zur Erde acht verschiedene Staubwolken. Diese liegen zwischen 6.800 und rund 3.300 Lichtjahre von uns entfernt und sind unterschiedlich dicht und groß. Die uns am nächsten liegende Wolke ist mit rund 185 Lichtjahren Dicke die größte, während die kleinste nur rund zwölf Lichtjahre dick ist.
Aus den Röntgenspektren der Ringe und zusätzlichen Modellanalysen geht zudem hervor, dass die Staubwolken vorwiegend aus Graphit- und Silikatkörnchen bestehen. Wie schon zuvor in theoretischen Modellen prognostiziert, sind diese Körnchen in den Wolken nicht gleichmäßig verteilt. Das dichte Zentrum aller Wolken ist stattdessen zur galaktische Ebene hin verschoben, wie Heinz und seine Kollegen berichten.
„Zusammengenommen zeigen unsere Beobachtungen, dass eine Kombination von hochaufgelösten Chandra-Aufnahmen und geringer aufgelösten, aber häufigeren Swift-Daten ein machtvolles Werkzeug darstellen, um die Strahlenechos von galaktischem Staub zu untersuchen!“, konstatieren die Astronomen. (The Astrophysical Journal, 2021; doi: 10.3847/0004-637X/825/1/15)
Quelle: NASA, Chandra X-ray Observatory
