microquasars

Universität HeidelbergFakultät für Physik und Astronomie

Einführung in die Astronomie und Astrophysik III Seminar für mittlere Semester

Vortragender: Michael Mommert

13. Juni 2007

Betreuer: Prof. Joachim Wambsganss

microquasars

> Überblick

Entdeckung und Beobachtungsergebnisse

Analogien zwischen Mikroquasaren und Quasaren

physikalische Prozesse:Akkretion, Jets, superluminal motion

microquasars: status quo

wissenschaftlicher Ausblick

Quasar Microquasar

microquasars

> Entdeckung und Beobachtungen

erste Erwähnung durch Felix Mirabel et. al., 1992 in Nature

Entdeckung von Radioquellen um starke Röntgenquelle in derMilchstraße

Interpretation als Jet

zeitliche Korrelation zwischen Ereignissen im Röntgen- und Radiobereich

Was ist dessen Energiequelle?Warum die Bezeichnung Mikroquasar?

1E1740.7-2942 ”Great Annihilator”

microquasars

> Analogien zu Quasaren > Quasare allgemein

starke Leuchtkräfte aus Regionen, kleiner als das Sonnensystem

kontinuierliches Spektrum im UV und Optischen (Synchrotronstrahlung) und breite Emissionslinien

Unterklasse der AGN, starke Radioquellenhoher Rotverschiebung (heute: z~6.5)

Quelle relativistischer Jets mit Längen ~ 1Mpcjedoch nur eine Komponente sichtbar

Jets entspringen aus Akkretionsscheibe

im Inneren der Scheiben: Supermassive Schwarze Löcher, M ~108 M

Sonne

Abstrahlung zeitlich variabel in verschiedenenspektralen Bereichen

microquasars

> Analogien zu Quasaren > Morphologie

starke Analogien zu Quasaren

... nur auf anderenGrößen-, Zeit- und Massenskalen

microquasars

> Analogien zu Quasaren > Größenvergleich

Längenvergleich der Jets (Faktor 106)

(c) Google Earth

~ 10 mgMassenvergleich der

Zentralmassen (Faktor 108)

~ 1000 kg

Microquasarvs.

Quasar

microquasars

> Analogien zu Quasaren > Vergleich und Massenabhängigkeit

wichtigster morphologischerUnterschied:

Akkretionsscheibe wirddurch Begleiterstern ”gefüttert”

Skalenunterschiede massenabhängig

-> Effekte laufen in Mikro-quasaren innerhalb Minuten ab, die inQuasaren tausende Jahre benötigen

RS =2GMSL

c2ΔT ~

RS

c∝ MSL,

microquasars

Scheibenbildungaufgrund Dreh-impulserhaltung

> physikalische Prozesse >Akkretionsprozesse

benötigt zur Bildung eine große Masse im Zentrum

Akkretions-scheiben in denverschiedenstenGrößenordnungen

oft im Infrarotenbeobachtbar3700 ly

microquasars

1000 AU = 5,8 ld

> physikalische Prozesse > Jets

Auswürfe werden aus Akkretionsscheibegespeist

Auswurfmechanismen:-> Hydrodynamik

Jet-Kollimierung:-> MHD bzw. rotierende

Schwarze Löcher

auch Jets in denverschiedensten Größenordnungen

5000 ly

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> superluminal motion > Phänomenologie

v = ΔxΔt

= 24 ly4 yr ?= 6c

Wo liegt der Fehler?

Beobachtungsergebnisse falsch? Entfernung falschabgeschätzt (Hubble falsch)?

Einsteins SRT widerlegt?

unwahrscheinlich!

GRS 1915+105Mirabel & Rodriguez 1994

VLA @ 3.6 cm

vapp

~ 0.68cvapp

~ 1.25c

microquasars

> superluminal motion > Erklärung durch SRT

Eigenbewegungen der beiden Blobs

μa,b = v sin θ

1∓ v /c cosθ Dvt cos q

vt sin q

Quelle

v

zum Beobachter

qvt

in Entfernung D

Auswurf a

Auswurf b

Dopplerverschiebung der Wellenlängen

λa,bλ0

=1∓v /c cosθ

1− v /c 2

3 Gleichungen erlauben Bestimmung der 3 Unbekannten: Geschwindigkeit v, Winkel und Entfernung D

microquasars

Beispiel GRS1915+105: v ~ 0.92c, θ ~ 70.2°, D ~ 13kpc

> status quo

~ 100 Mikroquasare bis heute bekannt (1999: ~20) Geschwindigkeitsrekordhalter: V4641 Sag

vapp ≥ 9 . 5c v rel ≥ 0 .98c

”gesicherte” Erkenntnisse

Zentralkörper: rotierende Schwarze Löcher stellarer Masse

beobachtete Blobs sind ausgeworfene Materie und keine Shocks

Röntgenquelle bzw. stellares Schwarzes Loch sind notwendigeaber nicht ausreichende Kriterien dafür, dass es sich um einen Mikroquasar handelt

Akkretionsscheibe wird durch massereichen Begleiterstern gespeist

microquasars

Zusammenhang zwischen Akkretionsscheibe und Jet inverschiedenen Frequenzbändern beobachtbar

> status quo > Zusammenhang zwischen Akkretion und Jetmicroquasars

> wissenschaftlicher Ausblick > Offene Fragen

Wie genau ist die Entfernungsbestimmung?-> Messung der Dopplerverschiebung in den Blobs

Sind alle akkretierenden Schwarzen Löcher Mikroquasare?-> Neuentdeckungen für bessere Statistik

Sind die Zusammenhänge zwischen Akkretion und Ausfluß richtig verstanden? Gibt es einen Zusammenhang zwischen Jetbildung und dem Spin des Schwarzen Loches?

Sind Mikroquasare Quellen hochenergetischer (E ~ 1020 eV)kosmischer Teilchen?

Gibt es eine Verbindung zwischen Mikroquasaren und Gamma-Ray-Bursts?

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> Quellenangaben

Quellennachweise: verwendete Papers:

A double-sided radio jet from the compact Galactic Centre annihilator 1E1740.7-2942, Mirabel et. al., Nature 358, 1992

A superluminal source in the Galaxy, Mirabel & Rodríguez, Nature 371, 1994Microquasars in our Galaxy, Mirabel & Rodríguez, Nature 392, 1998Microquasars: Open questions and future perspectives, Mirabel, Astrophysics

and Space Science 276, 2001Microquasars: Progress made and open questions, astro-ph/0701837v1, 2006

Literatur und WWW:Course on Microquasars, Mirabel, Campos do Jordão, 2002 (vgl. Homepage)Der Neue Kosmos, Unsöld & Baschek, Springer, 2005http://www.mpe.mpg.de/~amueller/ - Wissensportal für Astrophysik

Homepages beteiligter Wissenschaftler:http://www.sc.eso.org/~fmirabel/ - Felix Mirabelhttp://www.astrosmo.unam.mx/~l.rodriguez/ - Luis F. Rodríguez

Bildnachweise: Hubble-Aufnahmen:

http://hubblesite.org

sonstige Bildnachweise:http://maps.google.de/http://www.kidsville.de/Homepage von F. Mirabel

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