Neue Röntgenbeobachtungen zeigen überraschende Mini-Flares um supermassives Schwarzes Loch

Astronominnen und Astronomen haben ein ungewöhnlich komplexes Muster von Röntgenausbrüchen in der Quelle eRASSt J2344 entdeckt – dem hellsten Gezeitenzerstörungsereignis, das bislang mit SRG/eROSITA beobachtet wurde. Folgebeobachtungen mit den Satelliten Einstein Probe und XMM-Newton zeigen regelmäßige Hauptausbrüche alle zwölf Stunden – typisch für sogenannte quasi-periodische Eruptionen (QPEs). Zusätzlich registrierten die Forschenden jedoch eine Reihe extrem kurzer, aber sehr heißer Mini-Flares, die nur wenige Minuten anhalten – ein bislang unbekanntes Phänomen, das die bisherigen Theorien zur Physik in der Umgebung supermassiver Schwarzer Löcher infrage stellt.

Nähern sich Sterne einem supermassiven Schwarzen Loch zu stark, zerreißen die enormen Gezeitenkräfte den Stern – ein sogenanntes Gezeitenzerstörungsereignis (TDE). Dabei bildet sich eine kurzzeitig leuchtende Gasscheibe, die Einblicke in ansonsten verborgene Schwarze Löcher ermöglicht. In den vergangenen Jahren zeigten Röntgenobservatorien, dass einige dieser Ereignisse mehrfach auftreten und intensiv flackernde Röntgenausbrüche zeigen – die seltenen quasi-periodische Eruptionen QPEs. Diese Phänomene, deren Wiederholungsraten von Stunden bis Tagen reichen, wurden bisher nur bei wenigen Quellen beobachtet und zählen zu den größten offenen Fragen der Hochenergie-Astrophysik.

In einer neuen Studie unter der Leitung von Pietro Baldini, Doktorand am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE), dokumentierte ein internationales Team erstmals ein bislang unbekanntes Verhalten des Schwarzen Lochs J2344. Präzise Beobachtungen mit Einstein Probe und XMM-Newton enthüllten QPE-ähnliche Eruptionen mit einem einzigartigen Muster: Hauptausbrüche alle zwölf Stunden, begleitet von extrem heißen Mini-Flares, die nur wenige Minuten dauern.

„Quasi-periodische Eruptionen sind extrem selten – ich war schon begeistert, als ich die Lichtkurve des Einstein Probe-Satelliten sah“, sagt Pietro Baldini. „Als dann die XMM-Newton-Daten eintrafen, war ich sprachlos: Wir hatten nicht nur eine neue QPE-Quelle entdeckt – ihr Verhalten war völlig unerwartet und einzigartig. Dieses Ergebnis könnte entscheidende Hinweise auf die zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen liefern.“

Die Lichtkurven zeigen Haupt-Röntgenausbrüche von etwa zwei Stunden Dauer, die zuverlässig alle zwölf Stunden auftreten – ein klassisches QPE-Muster. Zusätzlich emittiert J2344 extrem kurze, heißere Flares, wie sie bisher in keinem vergleichbaren System beobachtet wurden. Das gängige Modell erklärt QPEs durch ein kleineres Objekt, etwa einen Stern, der das Schwarze Loch umkreist und periodisch mit seiner Akkretionsscheibe interagiert. Dieses Szenario kann jedoch die zusätzlichen schnellen Flares nicht erklären – ein Hinweis darauf, dass die Physik in der Nähe Schwarzer Löcher komplexer ist als bisher gedacht. Um den Mechanismus hinter diesen Signalen aufzuschlüsseln, erhielt das Team zusätzliche Beobachtungszeit, um J2344 über längere Zeiträume hinweg zu verfolgen und die Beziehung zwischen den beiden Eruptionsarten zu untersuchen.

Seit seinem Start im Januar 2024 scannt der Einstein Probe-Satellit kontinuierlich den veränderlichen Röntgenhimmel. Dank seines weiten Sichtfelds und hochsensibler Detektoren kann er seltene, kurzlebige Ereignisse wie QPEs besonders effizient erfassen. „Seit dem Start hat Einstein Probe einen völlig neuen Entdeckungsraum für die Röntgenastronomie eröffnet“, sagt Arne Rau vom MPE. „Diese Entdeckung ist nur der Anfang – wir erwarten viele weitere überraschende Phänomene, die unser Verständnis der Dynamik supermassiver Schwarzer Löcher erweitern werden.“

Während Einstein Probe seine Mission fortsetzt, hoffen Astronomen und Astronominnen, weitere dieser rätselhaften Systeme aufzuspüren – und so neue Einblicke in das extreme Umfeld Schwarzer Löcher zu gewinnen.