„Ungewöhnliche Objekte im galaktischen Zentrum“

Welt der Physik: Wie sind die Bedingungen in unmittelbarer Nähe zu Sagittarius A*, dem zentralen Schwarzen Loch unserer Galaxie?

Florian Peißker

Florian Peißker: Wie fast alle Galaxien hat auch unsere Milchstraße ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum. Mit gut vier Millionen Sonnenmassen ist Sagittarius A* in dieser Größenklasse kein Schwergewicht – in anderen Galaxien gibt es deutlich massereichere Schwarze Löcher. Aber Sagittarius A* überragt natürlich alle anderen Objekte in unserer Galaxie um Größenordnungen. Dadurch wirken nicht nur eine extreme Schwerkraft und enorme Gezeitenkräfte auf alle Objekte in seiner Nähe, sondern es entstehen auch starke Strahlung und Magnetfelder. Im Zentrum der Milchstraße herrschen also extreme Bedingungen. Lange dachte man deshalb, dass in einem Abstand von einigen Lichtmonaten bis zu Lichtjahren rund um Sagittarius A* nur alte Sterne existieren können, die irgendwann dorthin migriert sind.

Warum dachten Astronominnen und Astronomen, dass es nur alte Sterne in der Nähe von Sagittarius A* gibt – warum sollten dort keine jüngeren Sterne existieren?

Wir sehen weiter außen in unserer Galaxie, und auch in Nachbargalaxien, dass es für eine Sternbildung ausgedehnte, kühle Gaswolken mit mehreren Hundert bis Tausenden Sonnenmassen benötigt. Im Lauf von Jahrhunderttausenden verdichten sich diese an vielen Stellen – dort entstehen dann Sterne und Planetensysteme. Man dachte, die Bedingungen in der unmittelbaren Umgebung von Sagittarius A* seien einfach zu feindlich, als dass sich dort Gaswolken zu Sternen verdichten können. Denn was passiert, wenn ein supermassereiches Schwarzes Loch die Gaswolke aufheizt und durch ihre Schwerkraft beschleunigt und zusätzlich Magnetfelder auf sie einwirken? Deshalb war es eine große Überraschung, als man vor über zehn Jahren doch junge Sterne im Zentralbereich unserer Galaxie gefunden hatte.

Könnten diese jungen Sterne nicht von weiter außen stammen und eingefangen worden sein?

Es dauert eigentlich zu lange, bis ein Stern von weiter außen bis ins Zentrum wandert. Eine Ausnahme könnte darin liegen, wenn ein Stern etwa nur wenig außerhalb des Zentrums entstanden ist und dann durch den engen Vorbeiflug eines anderen Sterns in Richtung Zentrum befördert wurde. Aber die Anzahl dieser Fälle sollte begrenzt sein. Und wir haben in den letzten Jahren auch andere ungewöhnliche Dinge im Zentrum der Milchstraße beobachtet, insbesondere sogenannte staubige Objekte. Diese sehen aus wie kompakte und sehr leichte Gaswolken. Man sollte vermuten, dass sie in der Nähe des Schwarzen Lochs auseinandergerissen werden und keine stabilen Umlaufbahnen haben. Doch wie unsere neuesten Beobachtungen zeigen, weisen diese Objekte durchaus stabile Bahnen auf, bewegen sich also auf langfristigen Orbits um das Schwarze Loch herum.

Was könnte der Grund für diese ungewöhnliche Stabilität sein?

Kernbereich unserer Milchstraße

Im Innern dieser Staub- und Gaswolken liegt wohl ein ausreichend schwerer Stern, der die Gasmassen durch seine Anziehung beieinander hält. Dies müsste ein sehr junger Stern sein, da sich solche Wolken um einen Stern im Lauf der Zeit verflüchtigen. Wir sprechen also von einem Stern von ungefähr der Masse unserer Sonne, mit einem Alter von einigen hunderttausend bis wenigen Millionen Jahren. Das widerspricht aber der bereits erwähnten, alten Hypothese, dass sich im galaktischen Zentrum keine Sterne bilden können.

Gibt es schon Theorien, wie sich solche Sterne in einer derart ungewöhnlichen Umgebung entwickeln können?

Das ist noch ziemlich unklar, und die theoretische Beschreibung wird noch entwickelt. Aber es könnte sein, dass sich einfallende Gaswolken von mehreren hundert bis mehreren tausend Sonnenmassen – sobald sie in den Einflussbereich des Schwarzen Lochs kommen – sozusagen „spaghettifizieren“. Sie werden also in die Länge gezogen und gleichzeitig seitlich komprimiert. Wenn dadurch genug Material verdichtet wird, könnten sich trotz der unwirtlichen Bedingungen neue Sterne bilden. Aber das muss in Zukunft noch im Detail untersucht werden.

Haben Sie noch weitere ungewöhnliche Objekte gefunden?

Ja, wir haben auch ein Doppelsternsystem sehr nahe an Sagittarius A* nachgewiesen – näher als jedes andere bekannte Doppelsternsystem. Auch hier war man bislang davon ausgegangen, dass durch die Schwerkraft des Schwarzen Lochs entweder die beiden Sterne zu einem einzelnen Stern verschmelzen oder einer der beiden aus dem Zentrum herauskatapultiert würde. Doch stattdessen zeigte sich eine unerwartete Stabilität. Offensichtlich ist die Nähe zu diesem supermassereichen Schwarzen Loch doch weniger zerstörerisch, als man lange angenommen hatte.

Die Michstraße

Wie waren diese neuen Beobachtungen möglich?

Wir haben das ERIS-Instrument am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte, kurz VLT, am Cerro Paranal in Chile genutzt. Das ist ein extrem hochauflösender Infrarotspektrograf, mit dem wir durch den Gas- und Staubschleier blicken können, der das galaktische Zentrum etwa für optische Teleskope verdeckt. ERIS ermöglicht uns Einblicke, von denen wir früher nur geträumt haben. Wir sind deshalb schon sehr gespannt, was die kommenden Beobachtungskampagnen für Erkenntnisse liefern werden. Vieles von dem, was wir tun, ist Pionierarbeit. Und diese Arbeit macht uns allen großen Spaß, weil wir immer wieder spannende neue Dinge entdecken.