zum Inhalt springen

Astrophysik: Erste detaillierte Beobachtung von Materie, die nah um ein Schwarzes Loch kreist

Das GRAVITY-Instrument der Europäischen Südsternwarte (ESO) bestätigt ein Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße / Forscher der Uni Köln lieferten entscheidende Instrumente

Ein internationales Forschungsteam hat einen großen Fortschritt bei der Überprüfung der Theorie erzielt, dass sich ein superschweres Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße befindet. Die Forschungsergebnisse wurden durch das neue GRAVITY-Instrument der ESO möglich gemacht: Es vereint das Licht aller vier Teleskope des ESO Very Large Telescope zu einem Superteleskop von 130 Metern Durchmesser. Die Beobachtungen zeigen Gasanhäufungen, die sich mit 30 Prozent der Lichtgeschwindigkeit auf einem kreisförmigen Orbit knapp außerhalb des innersten stabilen Orbits um das Schwarze Loch drehen, das die viermillionenfache Masse der Sonne hat.

In dem Artikel „Detection of Orbital Motions Near the Last Stable Circular Orbit of the Massive Black Hole SgrA*“ (Nachweis orbitaler Bewegungen nahe der letzten stabilen Umlaufbahn um das massenreiche Schwarze Loch Sagittarius A*) in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics berichten Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Universität zu Köln, des Max-Planck-Instituts für Extraterrestrische Physik (MPE), der Sternwarten Paris und Grenoble, des Max-Planck-Instituts für Astronomie und der Universitäten Lissabon und Porto über ihre Beobachtungen eines Flackerns infraroter Strahlung aus der Gasscheibe rund um Sagittarius A*, die etwa 10 Lichtminuten Durchmesser hat und mit einer Geschwindigkeit kreist, in der relativistische Phänomene auftreten können (die Geschwindigkeit beträgt etwa ein Drittel der Lichtgeschwindigkeit).

Die Infrarotgruppe am I. Physikalischen Institut der Universität zu Köln (Professor Andreas Eckart, Dr. Christian Straubmeier sowie Kollegen und Kolleginnen) hat einen wesentlichen Beitrag zu dem Experiment geleistet. Der Leiter der Gruppe, Professor Eckart, erklärt: „Das Herzstück von GRAVITY wurde in Köln gebaut: zwei Spektrometer, die die Lichtstrahlen von vier gigantischen 8,2 Meter Teleskopen bündeln und dadurch ein Teleskop von 130 Metern Durchmesser schaffen.“ Dr. Straubmeier war für die technische Umsetzung der Spektrometer in Köln verantwortlich. Er ist von der Genauigkeit des neuen Instruments begeistert: „GRAVITYs Messgenauigkeit ist so hoch, dass man die Zeit von einer Küchenuhr auf dem Mond ablesen könnte.“

Während die beobachtete Materie das Schwarze Loch auf einem sicheren Orbit umkreisen kann, wird alles, was dem Loch zu nah kommt, hinter den Ereignishorizont gezogen. Das beobachtete Flackern stammt von Material, das sehr dicht am Ereignishorizont um Sagittarius A* herum kreist.

„Es ist verblüffend, tatsächlich Zeuge zu werden, wie Material mit 30 Prozent der Lichtgeschwindigkeit um das Schwarze Loch kreist“, staunt Oliver Pfuhl vom MPE. „GRAVITY und seine enorme Empfindlichkeit erlaubt es uns den Ansammlungsprozess des Gases in Echtzeit und in bisher unbekannter Detailgenauigkeit zu beobachten.“

Bereits früher im Jahr erlaubte es die 10- bis 20-mal höhere Winkelauflösung von GRAVITY zusammen mit dem SINFONI-Instrument demselben Team von Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen, den Vorbeiflug des Sterns S2 dicht am vermuteten Schwarzen Loch zu messen. Während sie die Kreisbewegung analysierten, fanden die Forscherinnen und Forscher Abweichungen von der klassischen Newton’schen Dynamik, wie sie von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorausgesagt werden.

Während dieser Messungen fing das GRAVITY-Team starke infrarote Ausstrahlungen in drei hervorstechenden Aufflackern von den sehr energiereichen Elektronen nahe am Schwarzen Loch auf.

Diese Emission stammt wahrscheinlich von kompakten „magnetischen Gewittern“ im sehr heißen Gas, das um Sagittarius A* kreist, ähnlich wie Strahlungsausbrüche der Sonne. Die Bewegung der drei Strahlungsausbrüche im galaktischen Zentrum kann mit einem Orbit mit einem Radius von sieben bis zehn Mal größer als der Ereignishorizont erklärt werden. Die Beobachtungen bestätigten exakt die theoretischen Voraussagen für solche heißen Zonen, die an der innersten Kante eines stabilen Orbits um ein Schwarzes Loch von etwa vier Millionen Sonnenmassen kreisen.

Reinhard Genzel vom MPE in Garching hat die Studie geleitet. Er erklärt: „Das war immer eines unserer großen Ziele, aber wir hatten nicht erwartet, dass es so schnell und so klar möglich würde.“ Zur Annahme, dass es sich bei Sagittarius A* um ein superschweres Schwarzes Loch handelt, erklärt Genzel, dies sei eine überwältigende Bestätigung dieser Theorie.

Inhaltlicher Kontakt:     
Professor Dr. Andreas Eckart
Tel.: 0221 470 3546
E-Mail: eckart(at)ph1.uni-koeln.de

Presse und Kommunikation:
Robert Hahn
+49 221 470-2396
r.hahn(at)verw.uni-koeln.de