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Bislang bester Blick auf Staubwolke, die am Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße vorbeizog

26.03.2015

Beobachtungen mit dem VLT bestätigen, dass G2 die Annäherung überstanden hat und ein kompaktes Objekt ist

Im Mai 2014 kam sich die staubhaltige Gaswolke G2 dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße so nah wie nie zuvor – und überstand dies offenbar unbeschadet. Die besten Messungen von diesem Objekt überhaupt, durchgeführt mit dem Very Large Telescope der ESO von einem Wissenschaftlerteam der Universität zu Köln, zeigen, dass G2 bei der Passage nicht wesentlich gestreckt wurde und nach wie vor sehr kompakt ist.


Die Gaswolke G2 passiert das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße

Bild: ESO/A. Eckart

Höchstwahrscheinlich handelt es sich um einen jungen Stern mit einem massereichen Kern, der noch immer Materie ansammelt. Das Schwarze Loch selbst hat bisher noch keinen Anstieg seiner Aktivität gezeigt.

Ein supermassereiches Schwarzes Loch mit einer Masse, die dem Viermillionenfachen der Masse der Sonne entspricht, befindet sich im Herz der Milchstraße. Umrundet wird es von einer kleinen Gruppe heller Sterne. Zusätzlich konnte in den letzten paar Jahren eine rätselhafte staubige Wolke mit dem Namen G2 verfolgt werden, die sich in Richtung auf das Schwarze Loch bewegt hat. Die größte Annäherung, was man auch als Peribothron bezeichnet, fand im Mai 2014 statt.

Angesichts der großen Gezeitenkräften in dieser Region starker Gravitation nahm man an, dass die Wolke auseinanderreißen und sich entlang ihrer Umlaufbahn zerstreuen würde. Ein Teil dieser Materie würde dann das Schwarze Loch füttern, was zu einem plötzlichen Aufleuchten oder anderen Hinweisen darauf führen sollte, dass dieses Monster gerade eine seiner seltenen Mahlzeiten genießt. Um diese seltenen Ereignisse beobachten zu können, wurde die Region im galaktischen Zentrum in den vergangenen Jahren von vielen Astronomengruppen mit großen Teleskopen überall auf der Welt sorgfältig systematisch untersucht.

Darunter befand sich auch das Team um Andreas Eckart von der Universität zu Köln, das die Region mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO [1] über viele Jahre hinweg beobachtete, einschließlich neuer Beobachtungen während der kritischen Phase zwischen Februar und September 2014, also kurz vor und nach dem Peribothron-Ereignis. Die Ergebnisse der neuen Beobachtungen stimmen mit denen früherer Beobachtungen am Keck-Teleskop auf Hawaii überein [2].

Die Aufnahmen im infraroten Licht, das vom leuchtenden Wasserstoff stammt, belegen, dass die Wolke sowohl vor als auch nach ihrer größten Annäherung an das Schwarze Loch kompakt war.

Das SINFONI-Instrument am VLT liefert nicht nur sehr scharfe Bilder, es zerlegt das Infrarotlicht auch in seine Spektralfarben und ermöglicht damit, die Geschwindigkeit der Wolke zu bestimmen [3]. Man fand heraus, dass sich die Wolke vor der größten Annäherung mit etwa zehn Millionen Kilometern pro Stunde von der Erde wegbewegte. Nachdem sie um das Schwarze Loch herumgeschwungen war, bewegte sie sich laut Messungen mit etwa zwölf Millionen Kilometern pro Stunde auf die Erde zu.

Florian Peissker, Doktorand an der Universität zu Köln, der einen Großteil der Messungen vornahm, erzählt: “Am Teleskop zu sein und dabei zuzuschauen, wie die Daten in Echtzeit ankommen, war eine faszinierende Erfahrung.“ Monica Valencia-S., Postdoktorandin und ebenfalls von der Universität zu Köln, die sich mit der anspruchsvollen Datenverarbeitung beschäftigte, fügt hinzu: „Es war sehr beeindruckend mitanzusehen, wie das Leuchten aus der Staubwolke vor und nach dem Punkt der größten Annäherung gleich dicht blieb.“

Obwohl frühere Beobachtungen nahelegten, dass G2 verzerrt wurde, lieferten die neuen Beobachtungen keine Belege dafür, dass die Wolke signifikant verschmiert wurde. Sie wurde weder sichtbar auseinandergezogen, noch verteilen sich die gemessenen Geschwindigkeiten breiter.

Zusätzlich zu den Beobachtungen mit dem SINFONI-Instrument hat das Team auch eine lange Beobachtungsreihe der Polarisation des Lichts, das aus der Region des supermassereichen Schwarzen Lochs stammt, mit dem NACO-Instruments am VLT angefertigt. Diese bisher besten Beobachtungen machen deutlich, dass das Verhalten der Materie, die in Richtung Schwarzes Loch gezogen wird, sehr stabil ist und – bislang – nicht durch angesaugte Materie aus der G2-Wolke gestört wurde.

Die Widerstandsfähigkeit der Staubwolke gegenüber den extremen gravitativen Gezeitenkräften so nahe am Schwarzen Loch legen sehr deutlich nahe, dass sie eher ein dichtes Objekt mit einem massereichen Kern umschließt, als dass es sich um eine lockere, freifliegende Wolke handelt. Diese These wird von der Tatsache unterstützt, dass ein Beweis dafür, dass das Monster im Zentrum mit Materie gefüttert wird, bisher fehlt, da dies zu einer Aufhellung und zunehmender Aktivität führen würde.

Andreas Eckart fasst die neuen Ergebnisse zusammen: „Wir haben uns die jüngsten Daten angesehen, speziell jene aus der Phase in 2014, als die größte Annäherung an das Schwarze Loch stattgefunden hat. Wir können keine signifikante Ausdehnung der Quelle bestätigen. Sie verhält sich zweifellos nicht wie eine kernlose Staubwolke. Wir gehen davon aus, dass es sich um einen jungen Stern handelt, der in Staub eingehüllt ist.“

Endnoten


[1] Hierbei handelt es sich um sehr schwierige Beobachtungen, da die Region hinter einer dichten Staubwolke versteckt ist, was eine Beobachtung im Infrarotbereich des Lichts notwendig macht. Zusätzlich geschehen solche Ereignisse sehr nahe am Schwarzen Loch, weshalb adaptive Optik angewendet werden muss, um Bilder zu bekommen, die scharf genug sind. Das Wissenschaftlerteam nutzte hierfür das SINFONI-Instrument und das NACO-Instrument am Very Large Telescope der ESO, um das Verhalten der Region um das zentrale Schwarze Loch herum beobachten zu können.


[2] Die neuen Messungen mit dem VLT sind beide schärfer (da sie im Bereich kurzer Wellenlängen gemacht wurden) und beinhalten zusätzliche Geschwindigkeitsmessungen durch SINFONI und Polarisationsmessungen mit dem NACO-Instrument.


[3] Da sich die Staubwolke relativ zur Erde bewegt – vor dem Punkt der größten Annäherung mit dem Schwarzen Loch von der Erde weg und danach auf die Erde zu – verändert der Dopplereffekt die beobachtete Wellenlänge des Lichts. Diese Änderungen in der Wellenlänge können mit empfindlichen Spektrografen wie dem SINFONI-Instrument am VLT gemessen werden. Ebenso lässt sich die Streuung der Geschwindigkeiten der Materie messen, die zu erwarten wäre, wenn sich die Wolke entlang ihrer Umlaufbahn in erheblichem Ausmaß auseinanderziehen würde, wie in der Vergangenheit bereits berichtet wurde.

Weitere Informationen

Die hier vorgestellten Ergebnisse von M. Valencia-S. et al. sind unter dem Titel „Monitoring the Dusty S-Cluster Object (DSO/G2) on its Orbit towards the Galactic Center Black Hole ” in der Zeitschrift Astrophysical Journal Letters erschienen.

Die beteiligten Wissenschaftler sind M. Valencia-S. (Physikalisches Institut der Universität zu Köln), A. Eckart (Universität zu Köln; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn [MPIfR]), M. Zajacek (Universität zu Köln; MPIfR; Astronomical Institute of the Academy of Sciences Prague,Tschechien), F. Peissker (Universität zu Köln), M. Parsa (Universität zu Köln), N. Grosso (Observatoire Astronomique de Strasbourg, Frankreich), E. Mossoux (Observatoire Astronomique de Strasbourg), D. Porquet (Observatoire Astronomique de Strasbourg), B. Jalali (Universität zu Köln), V. Karas (Astronomical Institute of the Academy of Sciences Prague), S. Yazici (Universität zu Köln), B. Shahzamanian (Universität zu Köln), N. Sabha (Universität zu Köln), R. Saalfeld (Universität zu Köln), S. Smajic (Universität zu Köln), R. Grellmann (Universität zu Köln), L. Moser (Universität zu Köln), M. Horrobin (Universität zu Köln), A. Borkar (Universität zu Köln), M. García-Marín (Universität zu Köln), M. Dovciak (Astronomical Institute of the Academy of Sciences Prague), D. Kunneriath (Astronomical Institute of the Academy of Sciences Prague), G. D. Karssen (Universität zu Köln), M. Bursa (Astronomical Institute of the Academy of Sciences Prague), C. Straubmeier (Universität zu Köln) und H. Bushouse (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, USA).

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch 16 Länder: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist einer der Hauptpartner bei ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das European Extremely Large Telescope (E-ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie
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University of Cologne
Cologne, Germany
E-Mail: eckart@ph1.uni-koeln.de

Monica Valencia-S.
University of Cologne
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Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso1512.

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