Sagittarius A*

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Radio- und Röntgenquelle
Sagittarius A*
Röntgenbild von Sagittarius A* und zwei Lichtechos (markiert) einer früheren Explosion
Röntgenbild von Sagittarius A* und zwei Lichtechos (markiert) einer früheren Explosion
Sternbild Schütze
Position
Äquinoktium: J2000.0
Rektaszension 17h 45m 40,0s [1]
Deklination −29° 00′ 28,2″ [1]
Weitere Daten
Entfernung

26673 ± 42,4(stat.) ± 71,75(sys.) Lj
8178 ± 13(stat.) ± 22(sys.) pc [2]

Masse 4,3 Mio. Sonnenmassen [3]
Durchmesser ca. 22,5 Mio. km = 2,36·10−6 Lj [4][5]
Geschichte
Entdeckung

Bruce Balick,
Robert Hanbury Brown

Datum der Entdeckung

Februar 1974

Katalogbezeichnungen
AX J1745.6-2900 (ASCA)
Aladin previewer

Sagittarius A* (gesprochen: Sagittarius A Stern; abgekürzt: Sgr A*; eine Region im Sternbild Schütze) ist eine Quelle von Radiowellen im Zentrum der Milchstraße. Nach derzeitigem radioastronomischen Forschungsstand handelt es sich dabei um ein supermassereiches Schwarzes Loch von rund 4,3 Millionen Sonnenmassen, das ca. 26.670 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Der Durchmesser seines Ereignishorizonts entspricht mit 22 Mio. km etwa 20 % der Bahn des Merkurs um die Sonne. Sagittarius A* ist ein aktiver Galaxienkern im Mittelpunkt der Milchstraße.[3]

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schon 1932 fand Karl Jansky im Sternbild Schütze (lat. Sagittarius) eine starke Radioquelle.[6] Am 13. und 15. Februar 1974 entdeckten die Astronomen Bruce Balick und Robert Hanbury Brown mit Hilfe des Interferometers am National Radio Astronomy Observatory dort Sagittarius A*.[7] Der Asterisk „*“ wurde von Robert Brown dem lateinischen Namen des Sternbilds Schütze analog zur Notation angeregter Zustände in der Atomphysik hinzugefügt. Er vermutete, die Radioquelle rege ihre Umgebung zur Aussendung von Strahlung an.[8] Der Name hatte Bestand, auch wenn sich die Vermutung Browns als falsch herausstellte.[9]

Die Entdeckung des supermassereichen Schwarzen Lochs in dieser Region gelang unabhängig Teams um Andrea Ghez am Keck-Observatorium und Reinhard Genzel am La-Silla-Observatorium und Very Large Telescope in mehrjährigen Beobachtungsreihen ab den 1990er-Jahren. Beide erhielten für diese Entdeckung 2020 den Nobelpreis für Physik.

Das Event Horizon Telescope (EHT) stellte im April 2019 zwei Jahre zuvor gemachte Aufnahmen des supermassiven Schwarzen Lochs in M 87 vor, die dessen Schatten zeigen. Entsprechende Bilder von Sagittarius A* mit dem EHT sind in Bearbeitung.[10] 2019 veröffentlichte Bilder mit einer weltweiten Zusammenschaltung von Radioteleskopen einschließlich ALMA im Global Millimeter VLBI Array (GMVA), das bei 3,5 mm Wellenlänge beobachtete, zeigen eine leuchtende Scheibe und noch keinen Schatten wie bei M 87.[11][12] Die Quelle im Zentrum hat eine sehr symmetrische fast runde Form und eine Hauptachse von 120 Mikrobogensekunden. Noch bessere Auflösung erwartet man aus den Beobachtungen des EHT (bei 1,3 mm Wellenlänge), bei denen der Effekt interstellarer Streuung noch geringer ist und korrigiert werden kann. Ein Vergleich mit Computersimulationen (Sara Issaoun und Monika Mościbrodzka von der Radboud-Universität Nijmegen) favorisiert Akkretionsscheiben für die Quelle, aber auch ein Jet – wie er etwa bei M 87 beobachtet wird – ist nicht ganz auszuschließen, er müsste aber ziemlich genau auf die Erde zeigen.

Objekte im Umfeld von Sgr A*[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Sterne[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Schwarze Loch bei Sagittarius A* wird im sichtbaren Lichtspektrum von einer Dunkelwolke verdeckt. Die Fotografie zeigt den Blick zum Südhorizont von der Nordhalbkugel aus gesehen.

Im Jahr 2002 konnten Wissenschaftler (um Reinhard Genzel), die am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) forschen, einen Stern beobachten, der sich der Region Sagittarius A* auf 17 Lichtstunden (≈18,36 Milliarden Kilometer) genähert hatte.[13][14] Die Forscher konnten bei ihren Beobachtungen eine plötzliche Kehrtwendung des 15 Sonnenmassen schweren Sterns S2 (alias S0-2) erkennen. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Sterns kann dieser Vorgang nur als Bahnbewegung um ein Schwarzes Loch interpretiert werden. Durch die geringe Entfernung von S2 zu der enormen Masse des Schwarzen Loches ist seine Umlaufgeschwindigkeit sehr hoch; seine Bahngeschwindigkeit beträgt bis zu 5000 km/s. Seine Umlaufbahn ist relativ stabil; erst wenn sich S2 dem Schwarzen Loch auf 16 Lichtminuten genähert hat, wird er durch die Gezeitenkräfte zerrissen werden. Für einen Umlauf um das Zentrum benötigt S2 nur 15,2 Jahre. Für einen weiteren Stern, den 16-mal lichtschwächeren Stern S0-102 (alias S55), wurde 2012 ebenfalls die Umlaufbahn vermessen und eine noch kürzere Periode von 11,5 Jahren gemessen. Diese beiden Sterne sind bis jetzt die einzigen Objekte, die mit so einem geringen Abstand zu Sgr A* beobachtet wurden.

Die Beobachtung des Sterns S2 bei seiner Bewegung um Sagittarius A* wurde durch ein adaptives Optiksystem (NAOS) ermöglicht, das störende Einflüsse der Atmosphäre ausgleichen kann. Durch diese Beobachtungsmethode ist es jetzt möglich, auszuschließen, dass es sich bei Sgr A* um etwas anderes handelt als ein supermassereiches Schwarzes Loch – beispielsweise um einen Haufen von Neutronensternen.

Am 19. Mai 2018 erreichte S2 nach einem 16,0518 Jahre dauernden Umlauf wieder die größte Annäherung an das schwarze Loch, was Gegenstand verschiedener Beobachtungsprogramme auch für den Test der Allgemeinen Relativitätstheorie war, so das Konsortium GRAVITY beim Paranal-Observatorium (VLTI).[15] Dabei wurde auch die durch die Allgemeine Relativitätstheorie vorhergesagte gravitative Rotverschiebung nochmals bestätigt.[16]

Bis heute (Stand August 2020) wurde eine ganze Reihe weiterer Sterne im Umfeld von Sgr A* entdeckt, unter anderem die in Veröffentlichungen aus dem Jahr 2020 hinzugekommenen Sterne S62, S4711 und S4714.[17][18][19][20][21]

  • Von diesen benötigt S62 für einen Umlauf 9,9 Jahre und nähert sich Sgr A* dabei bis auf 2,4 Milliarden km, das ist weniger als der Mittlere Abstand von Uranus zur Sonne. Dabei erreicht er 6,7 % der Lichtgeschwindigkeit.
  • S4714 erreicht bei seiner größten Annäherung von ca. 1,2 Milliarden km etwa 8 % der Lichtgeschwindigkeit, benötigt aber wegen der extremen Exzentrizität seiner Umlaufbahn von 0,985 für einen Umlauf 12 Jahre.
  • S4711, ein 150 Millionen Jahre alter blauer Stern vom Typ B, benötigt dagegen nur 7,6 Jahre, seine größte Annäherung beträgt 21,5 Milliarden km.

Wegen der großen Annäherung an das zentrale supermassive Schwarze Loch sind diese Sterne Kandidaten für den 20 Jahre zuvor vorgeschlagenen neuen Sterntyp „Squeezar“, weil sie infolge der starken Gezeitenkräfte stark gequetscht werden (englisch to squeeze ‚quetschen‘).

Gaswolke, G-Objekte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine Gruppe um Andrea Ghez entdeckte 2005 ein gasförmiges Objekt nahe Sagittarius A*, das sie G1 nannten und Forscher des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik um Stefan Gillesen entdeckten 2011 die Gaswolke G2 mit der etwa dreifachen Erdmasse, die sich auf Sagittarius A* zubewegt. Im Jahr 2013 wurde beobachtet, wie sich Teile davon auf 25 Milliarden Kilometer dem Schwarzen Loch näherten. Dabei wurde die Wolke auseinandergezerrt und von der Ultraviolettstrahlung benachbarter Sterne zum Leuchten gebracht. Messungen ergaben, dass der vordere Teil der Wolke den Punkt der größten Annäherung an das Schwarze Loch bei einer Bahngeschwindigkeit von mehr als 2800 km/s (etwa 1 % der Lichtgeschwindigkeit) bereits passiert hatte. Durch die Messungen erwarten die Forscher Informationen über die physikalischen Vorgänge während der Annäherung an ein Schwarzes Loch und die Auswirkungen extrem starker Gravitationsfelder.[22]

Bis Januar 2020 wurden insgesamt sechs G-Objekte gefunden.[23] Sie haben eine Ausdehnung von rund 100 AE, dehnen sich aber nahe dem schwarzen Loch durch Gezeitenwechselwirkung aus. Einerseits haben sie die Charakteristiken von Gas- und Staubwolken, verhalten sich aber andererseits dynamisch wie Sterne. Sie weisen sowohl thermische Emission von Staub als auch Linienspektren ionisierter Gase auf. Andrea Ghez vermutet, dass es sich um verschmelzende oder sich durch Wirkung des schwarzen Lochs auf dem Weg zur Verschmelzung befindliche Doppelsternsysteme handelt. Es werden beobachtbare Energiefreisetzungen erwartet, falls die aus dem Objekt vom schwarzen Loch abgezogenen Gase vom schwarzen Loch absorbiert werden.

IRS 13[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Sgr A* und IRS 13 im Zentrum der Milchstraße im Röntgenspektrum

IRS 13 ist ein im Jahr 2004 mit dem Gemini-Teleskop auf Hawaii entdecktes Objekt mit einer Masse von etwa 1300 Sonnenmassen, das Sagittarius A* im Abstand von drei Lichtjahren begleitet. Bei genauer Betrachtung handelt es sich um eine Gruppe von sieben Sternen, die sich um einen gemeinsamen Schwerpunkt drehen. Untersuchungen weisen dort auf ein mittelgroßes Schwarzes Loch hin, das Sgr A* auf engstem Raum mit der ungewöhnlich hohen Geschwindigkeit von etwa 280 km/s umrundet. Dafür, dass es sich um ein Schwarzes Loch handelt, spricht neben den hohen Geschwindigkeiten auch die von IRS 13 ausgesendete Röntgenstrahlung.[24]

Weitere Schwarze Löcher[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im Januar 2005 wurden mit dem Chandra X-ray Observatory Helligkeitsausbrüche in der Nähe von Sgr A* beobachtet, die darauf schließen lassen, dass sich im Umkreis von etwa 70 Lichtjahren 10.000 bis 20.000 Schwarze Löcher befinden, die das supermassereiche zentrale Schwarze Loch in Sgr A* umkreisen.[25] Dadurch wird eine seit 2003 kursierende Theorie gestützt, nach der das zentrale Schwarze Loch über kleinere Löcher „gefüttert“ wird: Dabei sammeln die kleinen Schwarzen Löcher in den weiter außen befindlichen Bereichen der Milchstraße Haufen von Sternen um sich herum an, die sie dann gefangen halten, bis sie sich auf einer Spiralbahn bis in die unmittelbare Nähe von Sgr A* bewegt haben. Dort werden die Sternhaufen irgendwann durch die extrem großen Gezeitenkräfte aufgelöst und verlieren den einen oder anderen Stern an das supermassereiche Schwarze Loch. Die bisherige Theorie zum Fütterungsprozess ging davon aus, dass eine riesige ringförmige Gaswolke um das Schwarze Loch kreist und dabei immer schwerer wird. Sobald eine kritische Masse überschritten wird, kollabiert diese Wolke und stürzt in das Zentrum der Milchstraße. Vermutlich spielen beide Prozesse eine wichtige Rolle bei der Fütterung von Sgr A*.

Weitere Objekte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der Umgebung von Sagittarius A* existiert der Magnetar PSR J1745−2900.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Commons: Sagittarius A* – Sammlung von Bildern

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Sagittarius A* von SIMBAD
  2. The GRAVITY Collaboration, R. Abuter, A. Amorim, M. Bauböck, J. P. Berger: A geometric distance measurement to the Galactic center black hole with 0.3% uncertainty. In: Astronomy & Astrophysics. Band 625, Mai 2019, ISSN 0004-6361, S. L10, doi:10.1051/0004-6361/201935656 (aanda.org [abgerufen am 22. November 2019]).
  3. a b Ein Monster im Visier. Abgerufen am 8. September 2019. In: Bild der Wissenschaft., 10. Dezember 2008.
  4. Größe des Schwarzen Lochs in der Milchstraße vermessen. Science ORF, 1. Januar 2010.
  5. Geoffrey C. Bower, Heino Falcke, Robeson M. Herrnstein, Jun-Hui Zhao, W. M. Goss, Donald C. Backer: Detection of the Intrinsic Size of Sagittarius A* Through Closure Amplitude Imaging. In: Science. 30. April 2004, Band 304, Nr. 5671, S. 704–708, doi:10.1126/science.1094023.
  6. Ronald Smothers: Commemorating a Discovery in Radio Astronomy. In: The New York Times, 9. Juni 1998. Abgerufen am 13. September 2015. 
  7. Fulvio Melia: The Galactic Supermassive Black Hole. Princeton University Press, Princeton 2007, ISBN 0-691-13129-5.
  8. W. M. Goss, Robert L. Brown, K. Y. Lo: The Discovery of Sgr A*. In: The central 300 parsecs of the Milky Way (= Conference proceedings), 2003, arxiv:astro-ph/0305074
  9. Jun-Hui Zhao, Mark R. Morris, and William Miller Goss: A New Perspective of the Radio-Bright Zone at the Galactic Center: Feedback from Nuclear Activities. The Astrophysical Journal, 2016, doi:10.3847/0004-637X/817/2/171.
  10. Blick ins Nichts, Der Spiegel, Nr. 16, 2019, S. 96
  11. Lüftung des Schleiers um das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße, MPG Radioastronomie, 21. Januar 2019
  12. Sara Issaoun, H. Falcke, Anton Zensus, S. S. Doeleman, T. Krichbaum u. a.: The Size, Shape, and Scattering of Sagittarius A* at 86 GHz: First VLBI with ALMA, Astroph. J. 2019 doi:10.3847/1538-4357/aaf732, arXiv:1901.06226
  13. R. Schödel, Reinhard Genzel u. a.: A star in a 15.2-year orbit around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way. In: Nature. 419, 17. Oktober 2002, S. 694–696, doi:10.1038/nature01121.
  14. S. Gillessen, F. Eisenhauer, S. Trippe, T. Alexander, R. Genzel, F. Martins, T. Ott: Monitoring stellar orbits around the Massive Black Hole in the Galactic Center. In: Astroph. Journal. Band 692, 2009, S. 1075, Preprint 2008, arxiv:0810.4674.
  15. Gravity, ESO
  16. Gravity Collaboration, R. Abuter u. a., Detection of the gravitational redshift in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole, Astronomy & Astrophysics, Band 615, 2018, L 15, Abstract
  17. F. Eisenhauer et al.: SINFONI in the Galactic Center: Young Stars and Infrared Flares in the Central Light-Month. In: The Astrophysical Journal. 628, Nr. 1, 20. Juli 2005, S. 246–259. arxiv:astro-ph/0502129. bibcode:2005ApJ...628..246E. doi:10.1086/430667.
  18. S. Gillessen et al.: An Update on Monitoring Stellar Orbits in the Galactic Center. In: The Astrophysical Journal. 837, Nr. 1, Februar 2017, S. 30. arxiv:1611.09144. bibcode:2017ApJ...837...30G. doi:10.3847/1538-4357/aa5c41.
  19. Florian Peißker, Andreas Eckart, Marzieh Parsa: S62 on a 9.9 year orbit around SgrA*. In: The Astrophysical Journal. 889, Nr. 1, 24. Januar 2020, S. 61. arxiv:2002.02341. doi:10.3847/1538-4357/ab5afd.
  20. Florian Peißker, Andreas Eckart, Michal Zajaček, Basel Ali, Marzieh Parsa: S62 and S4711: Indications of a Population of Faint Fast-moving Stars inside the S2 Orbit—S4711 on a 7.6 yr Orbit around Sgr A*, in: The Astrophysical Journal, Band 899, Nr. 1, 11. August 2020, doi:10.3847/1538-4357/ab9c1c
    Michelle Starr: We Just Found The Fastest Star in The Milky Way, Travelling at 8% The Speed of Light, auf: sciencealert, 13. August 2020
  21. Nadja Podbregar: Schnellster Stern der Milchstraße entdeckt, auf: scinexx.de vom 17. August 2020
  22. Vom Schwarzen Loch zerfetzt. Europäische Südsternwarte, 17. Juli 2013 (Pressemitteilung).
  23. Anna Ciurlo, Andrea Ghez, Alexander Stephan u. a.: A population of dust-enshrouded objects orbiting the Galactic black hole, Nature, Band 577, 15. Januar 2020, S. 337-340, Abstract
  24. Jean-Pierre Maillard, Thibaut Paumard, Susan R. Stolovy, François Rigaud: The nature of the Galactic Center source IRS 13 revealed by high spatial resolution in the infrared. In: Astron. and Astrophys. Band 423, 2004, S. 155, arxiv:astro-ph/0404450. Neues Schwarzes Loch entdeckt. Raumfahrer.net, 9. November 2004.
  25. 2005. Nach einem Vortrag von Michael Muno.