News: Massenmonster im Herzen der Milchstraße
Dass im Zentrum unseres Milchstraßensystems ein massereiches Schwarzes Loch lauert, vermuten die Astronomen schon seit längerem. Jetzt ist Forschern ein überzeugender Beweis für diese Annahme gelungen.
© European Southern Observatory/Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (Ausschnitt)
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 "Sagittarius A Stern" (SgrA*). Optische Teleskope enthüllen in diesem Bereich Tausende Sterne, die sich in einem Volumen von nur einem Lichtjahr drängen.
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. Doch existieren diese Schwerkraftfallen wirklich? Um dieser Frage auf den Grund zu gehen, müssen die Astronomen alle anderen Erklärungsmöglichkeiten für die zentrale Massenanhäufung ausschließen - so etwa ungewöhnliche Haufen aus sehr schweren Sternen oder Ansammlungen exotischer Elementarteilchen.
Theoretisch sollten in den Herzen vieler anderer Galaxien ebenfalls Schwarze Löcher stecken - so auch in unserer Milchstraße: Deren Zentrum ist ja relativ nah und lässt sich deshalb viel besser beobachten. 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 vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching. "Deshalb sind wir an ein Fernrohr der Acht-Meter-Klasse gegangen, nämlich an das Very Large Telescope [des European Southern Observatory in der chilenischen Atacama-Wüste]."
Dort arbeitet seit etwa einem Jahr NAOS/CONICA, eine Kombination aus einer Infrarotkamera (CONICA) und einem Gerät, das während der Belichtung laufend die durch die Luftunruhe verursachte Bildunschärfe korrigiert (NAOS). Das schlagkräftige "Doppelpack" - montiert an einem der vier Fernrohre namens Yepun - hat bereits Aufnahmen geliefert, die jene des Weltraumteleskops Hubble an Detailreichtum weit übertreffen.
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; 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 Forschern zufolge handeln: Kompakte Haufen von Neutronensternen, kleineren Schwarzen Löchern oder vielen masseärmeren Sternen scheiden aus. Nach den Worten von Genzels wäre als einzige Alternative ein hypothetischer Stern aus Kernbausteinen (Bosonen) denkbar. "Doch der würde irgendwann ebenfalls zu einem supermassiven Schwarzen Loch kollabieren."
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. Doch existieren diese Schwerkraftfallen wirklich? Um dieser Frage auf den Grund zu gehen, müssen die Astronomen alle anderen Erklärungsmöglichkeiten für die zentrale Massenanhäufung ausschließen - so etwa ungewöhnliche Haufen aus sehr schweren Sternen oder Ansammlungen exotischer Elementarteilchen.
Theoretisch sollten in den Herzen vieler anderer Galaxien ebenfalls Schwarze Löcher stecken - so auch in unserer Milchstraße: Deren Zentrum ist ja relativ nah und lässt sich deshalb viel besser beobachten. 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 vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching. "Deshalb sind wir an ein Fernrohr der Acht-Meter-Klasse gegangen, nämlich an das Very Large Telescope [des European Southern Observatory in der chilenischen Atacama-Wüste]."
Dort arbeitet seit etwa einem Jahr NAOS/CONICA, eine Kombination aus einer Infrarotkamera (CONICA) und einem Gerät, das während der Belichtung laufend die durch die Luftunruhe verursachte Bildunschärfe korrigiert (NAOS). Das schlagkräftige "Doppelpack" - montiert an einem der vier Fernrohre namens Yepun - hat bereits Aufnahmen geliefert, die jene des Weltraumteleskops Hubble an Detailreichtum weit übertreffen.
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; 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 Forschern zufolge handeln: Kompakte Haufen von Neutronensternen, kleineren Schwarzen Löchern oder vielen masseärmeren Sternen scheiden aus. Nach den Worten von Genzels wäre als einzige Alternative ein hypothetischer Stern aus Kernbausteinen (Bosonen) denkbar. "Doch der würde irgendwann ebenfalls zu einem supermassiven Schwarzen Loch kollabieren."
© Max-Planck-Gesellschaft
Die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) ist eine vorwiegend von Bund und Ländern finanzierte Einrichtung der Grundlagenforschung. Sie betreibt rund achtzig Max-Planck-Institute.
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