Pressemitteilung

Vom Schwarzen Loch zerfetzt

Das VLT verfolgt in Echtzeit die nahe Begegnung einer Gaswolke mit dem Monster im Zentrum der Michstraße

17. Juli 2013

Neue Beobachtungen vom Very Large Telescope der ESO, durchgeführt von Astronomen des Max-Planck-Instituts für Extraterrestrische Physik in Garching bei München, zeigen erstmals wie eine Gaswolke vom supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum unserer Heimatgalaxie der Milchstraße zerrissen wird. Die Wolke ist mittlerweile so stark auseinandergezogen, dass ihr vorderer Teil den Punkt der größten Annäherung an das Schwarze Loch passiert hat und sich bereits wieder mit mehr als 10 Millionen km/h davon entfernt, während der hintere Teil der Wolke weiterhin auf das Schwarze Loch zu fällt.

Im Jahr 2011 entdeckte das Very Large Telescope (VLT) der ESO eine Gaswolke mit einer Masse, die mehreren Erdmassen entspricht, und die in Richtung auf das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße beschleunigt wurde (eso1151) [1]. Zur Zeit befindet sich diese Wolke im Punkt ihrer größten Annäherung, und neue VLT-Beobachtungen zeigen, wie sie im starken Gravitationsfeld des Schwarzen Lochs deutlich in die Länge gezogen wird.

„Das Gas im vorderen Teil der Wolke ist mittlerweile über mehr als 160 Milliarden Kilometer um den Punkt der größten Annäherung auf der Umlaufbahn der Wolke um das Schwarze Loch verteilt. Der minimale Abstand beträgt nur 25 Milliarden Kilometer – die Wolke schafft es damit gerade eben so, nicht direkt in das Schwarze Loch hineinzufallen", erläutert Stefan Gillessen vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching, der das Beobachterteam leitet [2]. „Die Wolke ist inzwischen so langgestreckt, dass ihre Passage am Schwarzen Loch nicht einfach nur ein kurzes Ereignis ist, sondern ein langwieriger Prozess, der mindestens ein Jahr lang andauern wird."

Durch die Dehnung wird die Wolke schwächer und ist schwieriger zu beobachten. Mit einer Belichtungszeit von mehr als 20 Stunden mit dem SINFONI-Instrument am VLT – der längsten jemals durchgeführten Beobachtung dieser Himmelsregion mit einem Integralfeldspektrometer überhaupt [3] – konnte das Wissenschaftlerteam aber dennoch die Geschwindigkeiten der verschiedenen Teile der Wolke in unmittelbarer Nähe des Schwarzen Loches messen [4].

„Das aufregende an den neuen Messungen ist, dass wir derzeit den vorderen Teil der Wolke schon wieder auf uns zukommen sehen – und das mit einer Bahngeschwindigkeit von mehr als 10 Millionen km/h, also etwa 1% der Lichtgeschwindigkeit. Das bedeutet, dass dieser Teil der Wolke den Punkt der größten Annäherung an das Schwarze Loch bereits passiert hat", ergänzt Reinhard Genzel, der die Arbeitsgruppe leitet, die Umgebung des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße nun seit mittlerweile 20 Jahren untersucht.

Der Ursprung der Gaswolke ist nach wie vor ungeklärt, an möglichen Erklärungsansätzen herrscht allerdings kein Mangel [5]. Die neuen Beobachtungen tragen daher auch dazu bei, die Möglichkeiten einzugrenzen.

„Man kann genau sehen, wie die Wolke regelrecht zu Spaghetti wird. Genauso müßte es einem unglücklichen Astronauten in einem Science Fiction-Film ergehen, der dem Schwarzen Loch zu nahe kommt", schließt Gillessen. „Für die Wolke bedeutet das, dass sie wahrscheinlich keine Sterne enthält. Wir gehen aber derzeit davon aus, dass von den Sternen stammt, die das Schwarze Loch umkreisen"

Die gerade stattfindende Hochphase dieser einzigartigen kosmischen Begegnung im Zentrum unserer Milchstraße wird von Astronomen weltweit mit großer Aufmerksamkeit verfolgt. Diese ausgedehnte Beobachtungskampagne wird einen wahren Datenschatz liefern, der nicht nur weitere Details über die Gaswolke selber aufdecken wird [6], sondern auch die unmittelbare Umgebung des schwarzen Lochs näher beleuchten und die Auswirkungen extrem starker Gravitationsfelder untersuchen wird.

Endnoten

[1] Das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße hat eine Masse von schätzungsweise vier Millionen Sonnenmassen und hat offiziell die Bezeichnung Sgr A* (ausgesprochen Sagittarius-A-Stern). Es ist das bei weitem nächstgelegene supermassereiche Schwarze Loch und bietet daher die Gelegenheit, solche Objekte detailliert zu untersuchen. Die Studien zum Schwarzen Loch im Zentrum unserer Heimatgalaxie und seiner Umgebung steht auf Platz 1 der Liste der Top Ten der astronomischen Entdeckungen der ESO.

[2] Der Abstand bei der größten Annäherung beträgt etwa das fünffache der Entfernugn des Planeten Neptun zur Sonne. Bei einem Schwarzen Loch mit einer Masse von vier Millionen Sonnenmassen bedeutet das allerdings enorme Auswirkungen.

[3] Bei einem Integralfeldspektrometer wird das Licht für jedes Pixel des Bildes einzeln in seine Farben zerlegt. Es wird also für jedes Pixel ein Spektrum gewonnen, das individuell analysiert werden kann. So lassen sich beispielsweise Karten der Geschwindigkeitsverteilung oder chemischer Eigenschaften für einzelne Bereiche eines Objektes erstellen.

[4] Die Wissenschaftler hoffen außerdem nachweisen zu können, dass und wenn ja wie die sich schnell bewegende Wolke mit dem Gas in der Umgebung des Schwarzen Lochs wechselwirkt. Bislang ist dies nicht gelungen, weitere Beobachtungen für die Suche nach solchen Effekten sind aber vorgesehen.

[5] Man hat unter anderem vorgeschlagen, dass die Gaswolke von den Sternwinden der Sterne gebildet wurde, die das Schwarze Loch umkreisen. Weitere möglicher Verursacher wäre ein Jet aus dem galaktischen Zentrum oder eben ein Stern im Zentrum der Wolke selber. In diesem Fall würde das Gas entweder aus dem Wind des Sterns oder aus einer planetenbildenden Gas- und Staubscheibe um den Stern stammen.

[6] Im weiteren Verlauf der Passage erwarten die Astronomen auch beobachten zu können, wie sich die bei der Entwicklung der Wolke dominierenden Effekte ändern. Zur Zeit sind dies noch Gravitations und Gezeitenkräfte, dies sollte zu komplexen turbulenten hydrodynamischen Vorgängen übergehen.

Weitere Informationen

Die hier vorgestellten Ergebnisse von S. Gillessen et al erscheinen demnächst unter dem Titel "Pericenter passage of the gas cloud G2 in the Galactic Center" in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal.

Die beteiligten Wissenschaftler sind S. Gillessen (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Garching [MPE]), R. Genzel (MPE; Departments of Physics and Astronomy, University of California, Berkeley, USA), T. K. Fritz (MPE), F. Eisenhauer (MPE), O. Pfuhl (MPE), T. Ott (MPE), M. Schartmann (Universitätssternwarte der Ludwig-Maximilians-Universität, Munich, Germany [USM]; MPE), A. Ballone (USM; MPE) und A. Burkert (USM; MPE).

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 aus 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.

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, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, 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 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 bei den neuartigen Verbundteleskop ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Derzeit entwickelt die ESO ein Großteleskop mit 39 Metern Durchmesser 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-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

Links

• Fachartikel
• Fotos vom very Large Telescope
• MPE-Webseiten zum galaktischen Zentrum
• Video: Stefan Gillessen berichtet über die Entdeckung der Gaswolke

Kontaktinformationen

Stefan Gillessen
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Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3839
E-Mail: ste@mpe.mpg.de

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Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3281
E-Mail: genzel@mpe.mpg.de

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Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso1332.