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Ein Festmahl für das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxis

15.12.2011
Mit dem Very Large Telescope der ESO haben Astronomen eine Gaswolke, die einige Male soviel Masse enthält wie die Erde und in Richtung auf das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße hin beschleunigt wird. Es ist das erste Mal, dass Astronomen eine solche Wolke, deren Schicksal durch das Schwarze Loch bereits besiegelt ist, beobachten. Die Entdeckung wird in der Fachzeitschrift Nature in der Ausgabe vom 5. Januar 2012 präsentiert.

Im Rahmen eines 20-jährigen Programms zur Untersuchung der Bewegung von Sternen in der Umgebung des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxis mit Teleskopen der ESO (eso0846) [1] hat ein Astronomenteam unter der Leitung von Reinhard Genzel vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik (MPE) in Garching bei München ein einzigartiges neues Objekt entdeckt, das sich schnell auf das Schwarze Loch zu bewegt.


Simulation der Passage der Gaswolke am Schwarzen Loch. Grafik: ESO/MPE/Marc Schartmann

In den vergangenen sieben Jahren hat sich die Geschwindigkeit des Objekts nahezu verdoppelt. Derzeit liegt sie bei 8 Millionen Kilometern pro Stunde. Die Umlaufbahn des Objekts um das Schwarze Loch ist sehr langgestreckt [2]. Mitte 2013 wird es den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs in einem Abstand von nur 40 Milliarden Kilometern passieren (das entspricht etwa 36 Lichtstunden [3]). An kosmischen Größenskalen gemessen ist das eine extrem enge Begegnung mit einem Schwarzen Loch.

Das Objekt ist mit rund 280°C viel kühler als die Sterne in der Umgebung und besteht zum überwiegenden Teil aus Wasserstoff und Helium. Es handelt sich um eine staubhaltige ionisierte Gaswolke mit einer Masse die in etwa der dreifachen Erdmasse entspricht. Die starke Ultraviolettstrahlung der heißen Sterne im dichtbevölkerten Zentrum der Milchstraße bringt die Wolke zum Glühen.

Die Wolke ist bereits viel dichter als das heiße Gas, welches das Schwarze Loch umgibt. Sobald die Wolke näher an das gefräßige Ungetüm herankommt, wird sie unter dem herrschenden Druck weiter komprimiert. Gleichzeitig beschleunigt die enorme Anziehungskraft des Schwarzen Lochs, das eine Masse von vier Millionen Sonnenmassen aufweist, die Wolke weiter und dehnt sie entlang ihrer Umlaufbahn.

“Ein Astronaut, der sich in der Nähe eines Schwarzen Lochs befindet, würde ganz ähnlich 'spaghettifiziert' werden, denn wenn sich seine Füße näher am Schwarzen Loch befinden als sein Kopf, werden sie auch viel stärker angezogen. Bei dieser Wolke können wir genau verfolgen, wie dieser Prozess tatsächlich abläuft. Sie wird die Begegnung mit dem Schwarzen Loch nicht überstehen”, erläutert Stefan Gillessen vom MPE, der Erstautor des Fachartikels, in dem die Entdeckung der Wolke beschrieben wird.

Im Zeitraum von 2008 bis 2011 konnten die Astronomen bereits deutliche Anzeichen für die Zerstörung der Wolke feststellen. Die Ränder der Wolke sind schon dabei, auseinanderzureißen. Man kann davon ausgehen, dass sie sich innerhalb der nächsten Jahre komplett auflösen wird [4].

Die Wolkenmaterie wird sich voraussichtlich stark aufheizen und Röntgenstrahlung abgeben, wenn sie sich im Jahre 2013 dem Schwarzen Loch annähert. Zur Zeit befindet sich in der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs nur sehr wenig Material, so dass die Wolke in den nächsten Jahren zur Hauptmahlzeit des Schwarzen Loches werden wird.

Eine mögliche Erklärung für die Herkunft der Gaswolke ist, dass es sich um Materie handelt, die von den jungen, massereichen Sternen in der Umgebung stammt. Diese Sterne verlieren viel Masse in Form von starken Teilchenwinden. Die Wolke könnte sich bei der Kollision der Winde zweier bestimmter Sterne gebildet haben, die ein Doppelsystem bilden und ebenfalls das Schwarze Loch umlaufen.

“Die nächsten beiden Jahre werden sehr spannend werden. Wir werden viel darüber lernen, wie sich Materie in der unmittelbaren Umgebung eines Schwarzen Lochs verhält”, schließt Reinhard Genzel.

Endnoten

[1] Das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße trägt die offizielle Bezeichnung Sgr A* (gesprochen „Sagittarius A Stern“). Es ist das nächstgelegene supermassereiche Schwarze Loch und daher hervorragend dazu geeignet, um Schwarze Löcher im Detail zu untersuchen.

[2] Die Wolke wurde mit der Infrarotkamera NACO mit integrierter adaptiver Optik und dem Infrarotspektrografen SINFONI beobachtet, die sich beide am Very Large Telescope der ESO in Chile befinden. Das Zentrum der Galaxis liegt hinter dichten Staubwolken, die sichtbares Licht absorbieren. Die Beobachtungen wurden daher im Infrarotlicht durchgeführt. In diesem Wellenlängenbereich sind die Wolken merklich durchsichtiger.

[3] Eine Lichtstunde ist die Entfernung, die das Licht in einer Stunde zurücklegt und entspricht etwas mehr als dem Abstand der Sonne und des Planeten Jupiter. Zum Vergleich: Der Abstand der Sonne zum nächsten Stern beträgt mehr als vier Lichtjahre. Die Wolke kommt bis auf das zehnfache des Abstands von der Sonne zum Planeten Neptun an das Schwarze Loch heran.

[4] Denselben Effekt beobachtet man beispielsweise, wenn man Sirup in ein Wasserglas gibt. Beim Fließen des Sirup“klumpens“ durch das Wasser wird seine Oberfläche angegriffen, bis sich der Sirup im Wasser völlig aufgelöst hat.

Zusatzinformationen

Mit dem Spectrograph for INtegral Field Observations in the Near Infrared (kurz SINFONI, wörtlich etwa "Räumlich aufgelöst arbeitender Spektrograf für das nahe Infrarot") werden spektroskopische Untersuchungen ausgedehnter Objekte im Nahinfrarotbereich durchgeführt. SINFONI besteht aus einem von der ESO entwickelten Modul für Adaptive Optik zum Ausgleich atmosphärischer Verzerrungen und dem Spektrografen SPIFFI (SPectrometer for Infrared Faint Field Imaging). SPIFFI wurde von der NOVA-Kollaboration niederländischer Universitäten und dem Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching konzipiert und gebaut.

Das Infrarotinstrument NACO besteht aus zwei Komponenten: Die adaptive Optik NAOS (Nasmyth Adaptive Optics System) wurde von einem französischen Konsortium entwickelt, die Kamera-Spektrograf-Kombination CONICA (COude Near Infrared CAmera) von den Max-Planck-Instituten für Astronomie in Heidelberg und für Extraterrestrische Physik in Garching, jeweils in Zusammenarbeit mit der ESO.

Die hier vorgestellten Forschungsergebnisse von S. Gillessen et al. werden in der Ausgabe vom 5. Januar 2012 unter dem Titel “A gas cloud on its way towards the super-massive black hole in the Galactic Centre” in der Fachzeitschrift Nature erscheinen.

Die beteiligten Wissenschaftler sind S. Gillessen (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik [MPE]), R. Genzel (MPE; Department of Physics, University of California [UC], USA), T. Fritz (MPE), E. Quataert (Department of Astronomy, UC, USA), C. Alig (Universitätssternwarte der Ludwig-Maximilians-Universität [LMU]), A. Burkert (MPE; LMU), J. Cuadra (Departamento de Astronomía y Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile), F. Eisenhauer (MPE), O. Pfuhl (MPE), K. Dodds-Eden (MPE), C. Gammie (Center for Theoretical Astrophysics, University of Illinois, USA) und T. Ott (MPE).

Die Europäische Südsternwarte ESO (European Southern Observatory) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch ihre 15 Mitgliedsländer: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Italien, die Niederlande, Österreich, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz, die Tschechische Republik und das Vereinigte Königreich. 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 betreibt drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Nordchile: 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 der europäische Partner für den Aufbau des Antennenfelds ALMA, das größte astronomische Projekt überhaupt. Derzeit entwickelt die ESO ein Großteleskop der 40-Meter-Klasse für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren und Infrarotlichts, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird, das European Extremely Large Telescope (E-ELT).

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-Mitgliedsstaaten (und einigen weiteren Ländern) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

Kontaktinformationen

Carolin Liefke
ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie
Heidelberg, Deutschland
Tel: 06221 528226
E-Mail: eson-germany@eso.org
Stefan Gillessen
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching, Germany
Tel: +49 89 30000 3839
E-Mail: ste@mpe.mpg.de
Reinhard Genzel
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching, Germany
Tel: +49 89 30000 3281
E-Mail: genzel@mpe.mpg.de
Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT & Survey Telescopes Press Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Cell: +49 151 1537 3591
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Carolin Liefke | ESO Science Outreach Network
Weitere Informationen:
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