Ein verborgener Schatz in der Galaxie: Der von NASA und ASI entwickelte IXPE-Satellit versetzt Wissenschaftler immer wieder in Erstaunen
Die Freisetzung von Gravitationsenergie in binären Systemen gehört zu den stärksten physikalischen Prozessen im Universum. Binäre Systeme, die Röntgenstrahlung aussenden, bestehen aus einem kompakten Objekt (einem Schwarzen Loch oder einem Neutronenstern) und einem Begleitstern, von dem Gas angesaugt wird. Bis heute wurden mehrere Hundert dieser Quellen in unserer Galaxis identifiziert. Sie wurden vom Satelliten Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) identifiziert, der von der NASA und der italienischen Raumfahrtbehörde (ASI) entwickelt wurde, mit wesentlicher Beteiligung des Nationalen Instituts für Astrophysik (INAF), des Nationalen Instituts für Kernphysik (INFN) und OHB – Italien.
Seit den frühen 1970er Jahren ist bekannt, dass das Binärsystem Cygnus X-3 im Radiobereich sehr hell wird, um dann innerhalb weniger Tage wieder zu verblassen. Diese besondere Eigenschaft hat Wissenschaftler aus aller Welt dazu angeregt, die ersten koordinierten astronomischen Untersuchungen durchzuführen. Das einzigartige Verhalten der Quelle während dieser schnellen, hochenergetischen Ereignisse veranlasste RM Hjellming, sie 1973 „das astronomische Rätsel von Cygnus X-3“ zu nennen. Seitdem wurden zahlreiche Anstrengungen unternommen, um seine Natur besser zu verstehen, und sogar der italienische AGILE-Satellit und die Fermi-Mission der NASA, unter maßgeblicher italienischer Beteiligung, entdeckten vor einigen Jahren eine Gammastrahlenemission aus dieser Quelle.
Der Wendepunkt bei der Lösung dieses astrophysikalischen Rätsels war die Beobachtung von Cygnus X-3 mit dem IXPE-Satelliten
Laut Alexandra Veledina, Forscherin an der Universität Turku und Hauptautorin der Studie, lieferte die Nutzung der Polarisation in Röntgenstrahlen entscheidende Informationen über die Geometrie des Materials in der Nähe des zentralen Schwarzen Lochs. Alexandra Veledina erklärt: „Wir haben entdeckt, dass das kompakte Objekt von einer Hülle aus dichter, undurchsichtiger Materie umgeben ist. Das Licht, das wir beobachten, ist eine Reflexion von den Innenwänden eines „Trichters“, ähnlich einer „Tasse“ mit einem Spiegel im Inneren.
Fabio Muleri, erster Forscher am INAF-IAPS-Institut und zweiter Autor des Artikels, erklärt:
„Wir wussten, dass Cyg von den Röntgenstrahlen weiß, die es aussendet. Der gemessene Wert, der über 20 % beträgt, lässt sich mit keinem Modell erklären, das auf andere Quellen dieser Art anwendbar ist, und deshalb mussten wir ein eigenes Modell entwickeln. Dies basiert auf der Annahme, dass wir nicht das direkt emittierte Licht beobachten, sondern das Licht, das uns erreicht, nachdem es von einer „Wand“ reflektiert wird, die durch die in das Schwarze Loch fallende Materie gebildet wird.“
Diese Entdeckung führte dazu, dass Cygnus X-3 vom System selbst als ultraleuchtend eingestuft wurde. „ULXs werden typischerweise als helle Punkte in Bildern entfernter Galaxien beobachtet. Ihre Emissionen werden durch den Trichter, der das kompakte Objekt umgibt, verstärkt und wirken so wie ein Megaphon“, erklärt Juri Poutanen vom Fachbereich Physik und Astronomie und Mitautor der Studie. „Aufgrund der enormen Entfernungen dieser Quellen erscheinen sie für Röntgenteleskope jedoch relativ schwach. Unsere Entdeckung hat nun ein extrem helles Gegenstück dieser entfernten ULXs sogar in unserer eigenen Galaxie enthüllt.“
„Die dichte, undurchsichtige Materie, die zu einer so hohen Polarisation im Röntgenlicht führt, wurde bisher nur in supermassereichen Schwarzen Löchern beobachtet, deren Massen millionenfach größer sind. Dies macht die IXPE-Beobachtung von Cygnusberichtet Andrea Marinucci, Forscher bei der italienischen Raumfahrtbehörde.
CS und ph ASI-Pressebüro
