Nach einem Jahrzehnt der Beobachtung einiger der heißesten, dichtesten und energiereichsten Regionen unseres Universums hat dieses kleine, aber leistungsstarke Weltraumteleskop noch mehr zu sehen.
Das Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) der NASA wird 10 Jahre alt. Dieses am 13. Juni 2012 gestartete Weltraumteleskop erfasst hochenergetisches Röntgenlicht und untersucht einige der energiereichsten Objekte und Prozesse im Universum, von Schwarzen Löchern, die heißes Gas verschlingen zu den radioaktiven Überresten explodierter Sterne. Hier sind einige der Möglichkeiten, wie NuSTAR uns in den letzten zehn Jahren die Augen für das Röntgenuniversum geöffnet hat.
Röntgenstrahlen in der Nähe von zu Hause sehen
Verschiedene Farben des sichtbaren Lichts haben unterschiedliche Wellenlängen und unterschiedliche Energien; In ähnlicher Weise gibt es eine Reihe von Röntgenlicht oder Lichtwellen mit höheren Energien, als das menschliche Auge erkennen kann. NuSTAR erkennt Röntgenstrahlen am oberen Ende des Bereichs. Es gibt nicht viele Objekte in unserem Sonnensystem, die Röntgenstrahlen aussenden, die NuSTAR erkennen kann, aber die Sonne schon: Ihre hochenergetischen Röntgenstrahlen stammen von Mikrofackeln oder kleinen Ausbrüchen von Partikeln und Licht auf ihrer Oberfläche. Die Beobachtungen von NuSTAR tragen zu Erkenntnissen über die Entstehung größerer Flares bei, die Astronauten und Satelliten Schaden zufügen können. Diese Studien könnten Wissenschaftlern auch helfen zu erklären, warum die äußere Region der Sonne, die Korona, um ein Vielfaches heißer ist als ihre Oberfläche. NuSTAR hat kürzlich auch hochenergetische Röntgenstrahlen von Jupiter beobachtet und damit ein jahrzehntealtes Rätsel gelöst, warum sie in der Vergangenheit unentdeckt geblieben sind.
Beleuchtende Schwarze Löcher
Schwarze Löcher senden kein Licht aus, aber einige der größten, die wir kennen, sind von heißen Gasscheiben umgeben, die in vielen verschiedenen Lichtwellenlängen leuchten. NuSTAR kann Wissenschaftlern zeigen, was mit dem Material passiert, das dem Schwarzen Loch am nächsten ist, und aufdecken, wie Schwarze Löcher helle Fackeln und heiße Gasstrahlen erzeugen, die sich über Tausende von Lichtjahren in den Weltraum erstrecken. Die Mission hat Temperaturschwankungen in Schwarzlochwinden gemessen, die die Sternentstehung im Rest der Galaxie beeinflussen. Kürzlich hat das Event Horizon Telescope (EHT) die allerersten direkten Bilder der Schatten von Schwarzen Löchern gemacht, und NuSTAR leistete dabei Unterstützung. Zusammen mit anderen NASA-Teleskopen überwachte NuSTAR die Schwarzen Löcher auf Flares und Helligkeitsänderungen, die die Fähigkeit von EHT beeinflussen würden, den von ihnen geworfenen Schatten abzubilden.
Eine der größten Errungenschaften von NuSTAR auf diesem Gebiet war die erste eindeutige Messung des Spins eines Schwarzen Lochs, die es in Zusammenarbeit mit der XMM-Newton-Mission der ESA (Europäische Weltraumorganisation) durchführte. Spin ist das Ausmaß, in dem die intensive Schwerkraft eines Schwarzen Lochs den Raum um es herum verzerrt, und die Messung half, Aspekte von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie zu bestätigen.
Versteckte Schwarze Löcher finden
NuSTAR hat Dutzende von Schwarzen Löchern identifiziert, die hinter dicken Gas- und Staubwolken verborgen sind. Sichtbares Licht kann diese Wolken normalerweise nicht durchdringen, aber das von NuSTAR beobachtete hochenergetische Röntgenlicht kann es. Dies gibt Wissenschaftlern eine bessere Schätzung der Gesamtzahl der Schwarzen Löcher im Universum. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler NuSTAR-Daten verwendet, um herauszufinden, wie diese Riesen von solch dicken Wolken umgeben werden, wie dieser Prozess ihre Entwicklung beeinflusst und wie die Verdunkelung mit den Auswirkungen eines Schwarzen Lochs auf die umgebende Galaxie zusammenhängt.
Enthüllen die Macht der „untoten“ Sterne
NuSTAR ist eine Art Zombie-Jäger: Es ist geschickt darin, die untoten Leichen von Sternen zu finden. Bekannt als Neutronensterne, sind dies dichte Materialklumpen, die übrig bleiben, nachdem einem massereichen Stern der Treibstoff ausgeht und er zusammenbricht. Obwohl Neutronensterne normalerweise nur die Größe einer Großstadt haben, sind sie so dicht, dass ein Teelöffel davon auf der Erde etwa eine Milliarde Tonnen wiegen würde. Ihre Dichte, kombiniert mit ihren starken Magnetfeldern, macht diese Objekte extrem energiereich: Ein Neutronenstern in der Galaxie M82 strahlt mit der Energie von 10 Millionen Sonnen.
Ohne NuSTAR hätten Wissenschaftler nicht entdeckt, wie energiereich Neutronensterne sein können. Als das Objekt in M82 entdeckt wurde, dachten die Forscher, dass nur ein Schwarzes Loch auf so kleinem Raum so viel Energie erzeugen könnte. NuSTAR war in der Lage, die wahre Identität des Objekts zu bestätigen, indem es Pulsationen aus der Rotation des Sterns detektierte – und hat seitdem gezeigt, dass viele dieser ultraleuchtenden Röntgenquellen, die früher für Schwarze Löcher gehalten wurden, tatsächlich Neutronensterne sind. Das Wissen, wie viel Energie diese produzieren können, hat den Wissenschaftlern geholfen, ihre physikalischen Eigenschaften besser zu verstehen, die anders sind als alles, was in unserem Sonnensystem zu finden ist.
Lösen von Supernova-Rätseln
Während ihres Lebens sind Sterne meist kugelförmig, aber NuSTAR-Beobachtungen haben gezeigt, dass sie, wenn sie als Supernovae explodieren, zu einem asymmetrischen Durcheinander werden. Das Weltraumteleskop löste ein großes Rätsel bei der Erforschung von Supernovae, indem es das radioaktive Material, das von zwei Sternexplosionen zurückgelassen wurde, kartierte, die Form der Trümmer nachzeichnete und in beiden Fällen signifikante Abweichungen von einer Kugelform aufdeckte. Aufgrund des Röntgenblicks von NuSTAR haben Astronomen jetzt Hinweise darauf, was in einer Umgebung passiert, die fast unmöglich direkt zu untersuchen wäre. Die NuSTAR-Beobachtungen deuten darauf hin, dass die inneren Regionen eines Sterns zum Zeitpunkt der Detonation extrem turbulent sind.