Gaswolke von Schwarzem Loch zerfetzt

Simulation einer Gaswolke, die vom Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße auseinandergerissen wird Abbildung: ESO/S. Gillessen

Simulation einer Gaswolke, die vom Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße auseinandergerissen wird

Abbildung: ESO/S. Gillessen

Aktuelle Beobachtungen des galaktischen Zentrums vom April 2013 zeigen, dass Teile der Gaswolke, die im Jahr 2011 entdeckt wurde, bereits um das schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße herum geflogen sind. Durch die Gezeitenkräfte dieses Schwerkraftmonsters wurde die Gaswolke weiter auseinander gezogen; der vordere Teil bewegt sich nun etwa 500 km/s schneller als der hintere Teil der Wolke. Diese Daten bestätigen frühere Prognosen: Die Wolke kommt dem schwarzen Loch im Lauf des nächsten Jahres so nahe, dass sie komplett zerrissen wird. Mit den neuen, detaillierten Beobachtungen erhalten die Astronomen vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik nun auch Hinweise über die Herkunft der Gaswolke – so wird es immer unwahrscheinlicher, dass sie von einem schwach leuchtenden Stern stammt, der sich in ihrem Inneren verbirgt.

Im Jahr 2011 entdeckten die MPE-Astronomen eine Gaswolke, die auf einer nahezu radialen Umlaufbahn in Richtung des Schwarzen Lochs in der Mitte unserer Milchstraße fällt. Neue, genauere Daten wurden nun im April 2013 mit dem SINFONI-Instrument am Very Large Telescope der ESO aufgenommen und haben gezeigt, dass ein Teil der Wolke seine größte Annäherung an das Schwarze Loch bereits hinter sich hat. Wenn das Gas am schwarzen Loch vorbei fliegt, kehrt es seine Geschwindigkeit um. Die Emission von diesem Teil der Wolke erscheint daher nicht rot-verschoben wie die Strahlung vom Rest der Wolke, sondern blau-verschoben.

„Das ionisierte Gas an der Spitze der Wolke ist nun über eine Strecke von mehr als 150 Lichtstunden verteilt (etwa 160 Milliarden Kilometer) und erstreckt sich um das Perizentrum der Umlaufbahn um das Schwarze Loch,“ erklärt Stefan Gillessen vom MPE, der das Beobachtungsteam leitet. „Die größte Annäherung beträgt dabei nur etwa 25 Lichtstunden (oder etwas mehr als 25 Milliarden Kilometer). Dabei darf man sich die Annäherung an das Perizentrum aber nicht als ein singuläres Ereignis vorstellen; es ist vielmehr ein Prozess, der sich über einen Zeitraum von mindestens einem Jahr erstreckt.“
Frühere Schätzungen für die Umlaufbahn der Gaswolke hatten den nominalen Perizentrumdurchgang für dieses Jahr vorhergesagt, während die neue Analyse eher einen Termin Anfang 2014 vorgibt – ein Unterschied, der weniger als die Dauer des Ereignisses beträgt. Zusätzlich zu den neuen Beobachtungen analysierte das Team auch erneut Archivdaten der Wolke und erhielten so eine bessere Vermessung der Umlaufbahn. Die schnellsten Komponenten bewegen sich dabei mit einer Geschwindigkeit von 3000 km/s (oder etwa 10 Millionen km/h), während sich der hellste Teil, der Kopf der Gaswolke, mit etwa 2180 km/s bewegt. Am hinteren Ende scheint es einen weiteren Teil zu geben, der sich viel langsamer bewegt, mit einer Geschwindigkeit von ungefähr „nur“ 700 km/s, aber auf der gleichen Umlaufbahn zu sein scheint.

„Aber die aufregendste Entdeckung ist die Strahlung mit einer blau-verschobenen Geschwindigkeit von 3000 km/s entlang der Bahn in einer Position zum Perizentrum hin“, sagt Stefan Gillessen. „Denn das bedeutet, dass ein Teil der Wolke bereits die größte Annäherung an das Schwarze Loch hinter sich hat. Dies könnte auch Auswirkungen auf unsere Modelle für die Umlaufbahn der Gaswolke haben, da der Kopf keine Ähnlichkeit mit dem Kopf von 2012 hat.“ Messungen der Radialgeschwindigkeit scheinen diesen Verdacht zu bestätigen: Die Erhöhung der Geschwindigkeit ist niedriger als erwartet, da die schnellsten Teilbereiche bereits auf die andere Seite des schwarzen Loch gerast sind und somit nichts mehr zur Geschwindigkeit des noch rotverschobenen Teils beiträgt.
Darüber hinaus werfen die neuen Daten auch ein Licht auf die rätselhafte Herkunft der Gaswolke. Es wurden verschiedene Optionen aufgeworfen: Etwa eine Kollision zwischen Sternwinden und dem interstellaren Gas, oder ein möglicher Plasma-Jet aus dem galaktischen Zentrum; oder auch ein schwacher Stern, der zunehmend Gas verliert. Auch wenn die Kompaktheit der Gaswolke für diese Szenarien überrascht, scheint die Form der Gezeitenkräfte gegen Modelle mit einem stellaren Kern zu sprechen, der ständig neues Gas liefern würde. Stattdessen scheint die Orientierung der Umlaufbahn seinen Ursprung in der Scheibe von jungen, massereichen Sternen um das schwarze Loch weiter draußen zu begünstigen.

Mit weiteren intensiven Beobachtungen 2013 wird die Region um das galaktische Zentrum überwacht. Diese Fülle an Daten, wird den Astronomen weitere Parameter der Gaswolke und interessante Hinweise über die Umgebung des Schwarzen Lochs liefern. Die zunehmende Ausbreitung und die damit abnehmende Flächenhelligkeit des Gases wird eine solche Beobachtung jedoch schwierig machen. Denn die Gaswolke wird immer weiter verblassen, während sie das Schwarze Loch passiert.
MPE

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