Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Massenmonster im Herzen der Milchstraße

15.10.2002


Forscher beobachten einen rasenden Stern, der in unmittelbarer Nähe um das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxis läuft


Blick ins Herz der Milchstraße: Das im Sommer 2002 mit NAOS/CONICA am "Very Large Telescope" gewonnene Infrarotbild zeigt einen wenige Lichtjahre großen Ausschnitt des galaktischen Zentrums. Heiße Sterne erscheinen blau, kühle rot; der Schleier stammt von interstellaren Staubwolken. Die beiden kleinen gelben Pfeile in der Bildmitte markieren den Ort des vermeintlichen Schwarzen Lochs SgrA*.

Foto: European Southern Observatory/ Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik


Zoom auf das Schwarze Loch: In der Mitte dieses nur wenige Lichttage großen Ausschnitts (links) sind SgrA* und S2 nur 15 Millibogensekunden voneinander entfernt. Das Bild entstand mit NAOS/CONICA im Frühjahr 2002. Die Skizze (rechts) beschreibt die aus Beobachtungen während der vergangenen zehn Jahre abgeleitete stark elliptische Bahn des Sterns S2 um das Schwarze Loch SgrA*.

Foto und Grafik: European Southern Observatory/ Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik



Dass im Zentrum unseres Milchstraßensystems ein supermassives Schwarzes Loch lauert, vermuten die Astronomen schon seit längerem. Jetzt ist einem internationalem Team unter der Leitung von Prof. Reinhard Genzel, Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, ein überzeugender Beweis für diese Annahme gelungen: Die Forscher beobachteten einen Stern, der das galaktische Schwerkraftzentrum innerhalb von nur 15 Jahren umkreist, sich ihm bis zu 17 Lichtstunden annähert - das entspricht lediglich der dreifachen Distanz zwischen Sonne und Pluto - und dabei eine Geschwindigkeit von 18 Millionen Kilometern pro Stunde erreicht (Nature, 10. Oktober 2002). Diese neuen Messungen am "Very Large Telescope" der Europäischen Südsternwarte (ESO) schließen damit mehrere andere Erklärungen für die zentrale Masse in der Milchstraße aus.

... mehr zu:
»Astronom »SgrA* »Sonnenmasse


Die Milchstraße ist eine Spiralgalaxie und enthält mindestens 100 Milliarden Sonnen sowie Staub- und Gaswolken. Der Mittelpunkt dieses diskusförmigen Gebildes liegt - von der Erde aus gesehen - etwa 26.000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Schütze (lat. Sagittarius, abgekürzt Sgr). Aus diesem Gebiet entspringt eine starke Radio- und Röntgenstrahlung. Die Quelle trägt die Bezeichnung SgrA* (sprich: "Sagittarius A Stern"). Optische Teleskope enthüllen in diesem Bereich Tausende Sterne, die sich in einem Volumen von nur einem Lichtjahr drängen - also innerhalb von rund 9,46 Billionen Kilometern. Doch stehen die Sterne dort nicht still: So, wie die Planeten die Sonne umrunden, laufen sie auf mehr oder weniger elliptischen Bahnen um ein unsichtbares Gravitationszentrum. Aus der Beobachtung dieser turbulenten Bewegungen haben die Astronomen schon vor einigen Jahren auf die Masse des zentralen Objekts geschlossen: Danach sollten innerhalb eines Raums von nur zehn Lichttagen Durchmesser rund drei Millionen Sonnenmassen konzentriert sein.

Die meisten Astronomen halten SgrA* für ein Schwarzes Loch - ein Objekt also, das auf engem Raum so dicht gepackt ist, dass nicht einmal Licht seinen Schwerkraftfesseln entkommt. Schwarze Löcher dienen auch zur Erklärung der Energieproduktion von Quasaren: Diese leuchtkräftigsten Objekte im Universum erzeugen bis zu über eine Billiarde (1015) Mal mehr Energie als unsere Sonne. Der Theorie zufolge speist sich die Strahlung eines Quasars aus dem "Absturz" von Materie in ein gigantisches Schwarzes Loch mit einer Million bis zu mehreren Milliarden Sonnenmassen. Dabei erhitzt sich das gasförmige Material stark und sendet intensive Strahlung aus - quasi als "letzten Hilfeschrei", bevor es hinter dem "Ereignishorizont" aus der Raumzeit verschwindet.

Existieren diese Schwerkraftfallen wirklich? Funktionieren sie in der beschriebenen Weise? Um diese Fragen sicher zu beantworten, müssen die Astronomen alle anderen Erklärungsmöglichkeiten für die zentralen Massenanhäufungen ausschließen - so etwa ungewöhnliche Haufen aus sehr schweren Sternen oder Ansammlungen von exotischen Elementarteilchen. Dabei kommt es darauf an, die Form des Schwerkraftfelds möglichst nah an dem zentralen Objekt zu bestimmen. Das aber ist beim heutigen Stand der Technik kaum möglich, denn Quasare sind Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt, und das Auflösungsvermögen der Teleskope reicht nicht aus, um Details dieser Sternsysteme zu enthüllen.

Doch sollten theoretisch in den Herzen vieler anderer Galaxien ebenfalls Schwarze Löcher stecken - so auch in unserer Milchstraße: Deren Zentrum liegt mit 26.000 Lichtjahren vergleichsweise nah und lässt sich daher viel deutlicher beobachten als alle anderen Sternsysteme. In den vergangenen Jahren konnten die Wissenschaftler dank verbesserter Instrumente die Sternbewegungen um dieses galaktische Gravitationszentrum immer genauer messen. "Um andere Modelle als das des massereichen Schwarzen Lochs auszuschließen, benötigen wir jedoch Beobachtungen mit noch höherer Auflösung", sagt Reinhard Genzel. "Deshalb sind wir an ein Fernrohr der Acht-Meter-Klasse gegangen, nämlich an das Very Large Telescope." Dort arbeitet seit etwa einem Jahr NAOS/CONICA.

Das Instrument entstand in Zusammenarbeit zwischen den Max-Planck-Instituten für extraterrestrische Physik in Garching und für Astronomie in Heidelberg sowie der Europäischen Südsternwarte und den französischen Observatorien in Paris-Meudon und Grenoble. NAOS/CONICA ist eine Kombination aus einer Infrarotkamera (CONICA) und einem Gerät (NAOS), das während der Belichtung laufend die durch die Luftunruhe verursachte Bildunschärfe korrigiert. Das schlagkräftige "Doppelpack" - montiert an einem der vier Fernrohre namens Yepun - hat bereits Aufnahmen geliefert, die jene des Weltraumteleskops Hubble an Detailreichtum weit übertreffen (siehe MPG-PRI Nr. 84, 4. Dezember 2001).

Und auch die Bilder des galaktischen Zentrums zeigten eine bis dahin unerreichte Schärfe. Die Wissenschaftler kombinierten diese Infrarotaufnahmen mit hoch aufgelösten Radiodaten und bestimmten daraus die exakten Positionen der Sterne in Bezug auf die Radioquelle SgrA*. In einem weiteren Schritt durchforsteten die Forscher bis zu zehn Jahre alte Bilder des galaktischen Zentralbereichs. "Als wir im vergangenen Mai das Material analysierten, trauten wir kaum unseren Augen: Der SgrA* zurzeit nächstgelegene Stern S2 hatte sich offenbar mit unglaublich hoher Geschwindigkeit um die Radioquelle herumgeschwungen", sagt Thomas Ott vom Garchinger Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. "Wir sahen also einen Stern, der das Schwarze Loch in den vergangenen zehn Jahren fast einmal umkreist hat. Dies ist eine außergewöhnliche Beobachtung."

S2 läuft auf einer stark elliptischen Bahn, in deren einem Brennpunkt SgrA* steht. Das heißt: Der Stern umrundet das galaktische Zentrum in ähnlicher Weise wie die Erde die Sonne. Im Frühjahr 2002 hatte S2 mit 17 Lichtstunden oder gut 18 Milliarden Kilometern Abstand den zentrumsnächsten Punkt erreicht. Die Bahngeschwindigkeit betrug 5000 Kilometer pro Sekunde (18 Millionen Kilometer pro Stunde); S2 läuft um SgrA* damit beinahe zweihundert Mal schneller als die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne. Die Analyse der Daten ergab außerdem, dass sich der Stern bis zu zehn Lichttage von der zentralen Radioquelle entfernen kann und für einen Umlauf etwa 15,2 Jahre benötigt. S2 ist vermutlich ein Stern mit etwa der 15-fachen Masse und dem 7-fachen Durchmesser der Sonne.

"Die Messungen belegen, dass sich in SgrA* tatsächlich eine zentrale unsichtbare Masse verbirgt. Noch wichtiger: Die knapp drei Millionen Sonnenmassen ballen sich auf ein tausendfach kleineres Volumen als bisher angenommen, was fast alle anderen Erklärungen als die eines Schwarzen Lochs ausschließt", sagt Rainer Schödel vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. Neueste Modellrechnungen ergeben für das Schwarze Loch jetzt eine Masse von 2,6 (plus/minus 0,2) Millionen Sonnenmassen. Und um ein solches exotisches Gebilde muss es sich den Autoren des Nature-Artikels zufolge handeln: Kompakte Haufen von Neutronensternen, kleineren Schwarzen Löchern oder vielen masseärmeren Sternen scheiden aus. Nach den Worten von Reinhard Genzel wäre als einzige Alternative ein hypothetischer Stern aus Kernbausteinen (Bosonen) denkbar. "Doch der würde irgendwann ebenfalls zu einem supermassiven Schwarzen Loch kollabieren", sagt Genzel.

Wie entstehen diese Schwarzen Löcher? Wann haben sie sich gebildet? Und weshalb sitzt praktisch in jeder massiven Galaxie ein solches Massemonster? Diese Fragen wollen die Wissenschaftler als Nächstes klären. Vielleicht gelingt ihnen eines Tages mit Röntgen- und Radiobeobachtungen sogar der direkte Nachweis des Ereignishorizonts.

Video zeigt die Bewegung des Sterns S2 um das galaktische Schwarze Loch (mpg1-Datei ca. 20 Sekunden lang; ca. 550 kB)

Zu den Ergebnissen dieses Projekts gibt die Europäische Südsternwarte European Southern Observatory zeitgleich eine englischsprachige Presseinformation heraus.

PDF-Version (264 kB)

Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Referat für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Hofgartenstraße 8, 80539 München
Postfach 10 10 62, 80084 München
Telefon: +49(0)89/2108-1276, Telefax: +49(0)89/2108-1207
E-Mail: presse@mpg-gv.mpg.de

Prof. Reinhard Genzel
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik Garching
Tel.: +49(0)89/30000-3280
Fax: +49(0)89/30000-3601
E-Mail: genzel@mpe.mpg.de

Prof. Reinhard Genzel | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de
http://www.mpe.mpg.de/mpe-f-d.html

Weitere Berichte zu: Astronom SgrA* Sonnenmasse

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Scharfe Röntgenblitze aus dem Atomkern
17.08.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg

nachricht Optische Technologien für schnellere Computer / „Licht“ mit Wespentaille
16.08.2017 | Universität Duisburg-Essen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Scharfe Röntgenblitze aus dem Atomkern

17.08.2017 | Physik Astronomie

Fake News finden und bekämpfen

17.08.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Effizienz steigern, Kosten senken!

17.08.2017 | Messenachrichten