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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Turbostern gibt Hinweise auf Schwarzes Loch |
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| | | Dass im Zentrum unseres Milchstraßensystems ein supermassives Schwarzes Loch lauert, vermuten Astronomen schon seit längerem. Jetzt ist ein Beweis für diese Annahme gelungen: Durch die Beobachtung eines Sterns, der das galaktische Schwerkraftzentrum innerhalb von nur 15 Jahren umkreist und dabei eine Geschwindigkeit von 5.000 Kilometern pro Sekunde erreicht. |
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Diese neuen Messungen mit Hilfe des "Very Large Telescope" der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile schließen damit mehrere andere Erklärungen für die zentrale Masse in der Milchstraße aus.
Die Studie eines internationalen Teams unter der Leitung von Reinhard Genzel, Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, wird in der aktuellen Ausgabe von "Nature" vorgestellt.
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Der Artikel ist unter dem Titel "A star in a 15.2-year orbit around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way" in der aktuellen Ausgabe von "Nature" (Bd. 419, S. 694-696) erschienen. |
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 Zur Studie (kostenpflichtig) |
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Radio- und Röntgenstrahlung aus Galaxie-Mitte |
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Die Milchstraße ist eine Spiralgalaxie und enthält mindestens 100 Milliarden Sonnen sowie Staub- und Gaswolken. Der Mittelpunkt dieses diskusförmigen Gebildes liegt - von der Erde aus gesehen - etwa 26.000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Schütze (lat. Sagittarius, abgekürzt Sgr). Aus diesem Gebiet entspringt eine starke Radio- und Röntgenstrahlung. Die Quelle trägt die Bezeichnung SgrA* (sprich: "Sagittarius A Stern").
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Superschweres Zentrum ... |
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Optische Teleskope enthüllen in diesem Bereich Tausende Sterne, die sich in einem Volumen von nur einem Lichtjahr drängen - also innerhalb von rund 9,46 Billionen Kilometern. Doch stehen die Sterne dort nicht still: So, wie die Planeten die Sonne umrunden, laufen sie auf mehr oder weniger elliptischen Bahnen um ein unsichtbares Gravitationszentrum. Aus der Beobachtung dieser turbulenten Bewegungen haben die Astronomen schon vor einigen Jahren auf die Masse des zentralen Objekts geschlossen: Danach sollten innerhalb eines Raums von nur zehn Lichttagen Durchmesser rund drei Millionen Sonnenmassen konzentriert sein.
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SgrA* - ein schwarzes Loch? |
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Die meisten Astronomen halten SgrA* für ein Schwarzes Loch - ein Objekt also, das auf engem Raum so dicht gepackt ist, dass nicht einmal Licht seinen Schwerkraftfesseln entkommt. Schwarze Löcher dienen auch zur Erklärung der Energieproduktion von Quasaren.
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Quasare
Diese leuchtkräftigsten Objekte im Universum erzeugen bis zu über eine Billiarde (10 hoch 15) Mal mehr Energie als unsere Sonne. Der Theorie zufolge speist sich die Strahlung eines Quasars aus dem "Absturz" von Materie in ein gigantisches Schwarzes Loch mit einer Million bis zu mehreren Milliarden Sonnenmassen. Dabei erhitzt sich das gasförmige Material stark und sendet intensive Strahlung aus - quasi als "letzten Hilfeschrei", bevor es hinter dem "Ereignishorizont" aus der Raumzeit verschwindet. |
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Mehr über Quasare |
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Ausschluss anderer Möglichkeiten |
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| Das Infrarotbild zeigt einen wenige Lichtjahre großen Ausschnitt des galaktischen Zentrums. Heiße Sterne erscheinen blau, kühle rot; der Schleier stammt von interstellaren Staubwolken. Die beiden kleinen gelben Pfeile in der Bildmitte markieren den Ort des vermeintlichen Schwarzen Lochs SgrA*. |
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Existieren diese Schwerkraftfallen wirklich? Funktionieren sie in der beschriebenen Weise? Um diese Fragen sicher zu beantworten, müssen die Astronomen alle anderen Erklärungsmöglichkeiten für die zentralen Massenanhäufungen ausschließen - so etwa ungewöhnliche Haufen aus sehr schweren Sternen oder Ansammlungen von exotischen Elementarteilchen.
Dabei kommt es darauf an, die Form des Schwerkraftfelds möglichst nah an dem zentralen Objekt zu bestimmen. Das aber ist beim heutigen Stand der Technik kaum möglich, denn Quasare sind Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt, und das Auflösungsvermögen der Teleskope reicht nicht aus, um Details dieser Sternsysteme zu enthüllen.
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Very Large Telescope für genaueste Beobachtungen |
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Theoretisch zumindest sollten in den Herzen vieler anderer Galaxien Schwarze Löcher stecken - wie in unserer Milchstraße: Deren Zentrum liegt mit 26.000 Lichtjahren vergleichsweise nah und lässt sich daher viel deutlicher beobachten als alle anderen Sternsysteme.
In den vergangenen Jahren konnten die Wissenschaftler dank verbesserter Instrumente die Sternbewegungen um dieses galaktische Gravitationszentrum immer genauer messen.
"Um andere Modelle als das des massereichen Schwarzen Lochs auszuschließen, benötigen wir jedoch Beobachtungen mit noch höherer Auflösung", sagt Reinhard Genzel. Gemacht wurden sie mit dem Very Large Telescope, wo seit seit etwa einem Jahr NAOS/CONICA arbeitet.
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NAOS/CONICA
NAOS/CONICA ist eine Kombination aus einer Infrarotkamera (CONICA) und einem Gerät (NAOS), das während der Belichtung laufend die durch die Luftunruhe verursachte Bildunschärfe korrigiert. Das "Doppelpack" - montiert an einem der vier Fernrohre namens Yepun - hat bereits Aufnahmen geliefert, die jene des Weltraumteleskops Hubble an Detailreichtum übertreffen. |
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Mehr über NAOS und CONICA |
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Exakte Positionsbestimmung |
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Die mit Hilfe von NAOS/CONICA aufgenommenen Bilder des galaktischen Zentrums zeigten eine bis dahin unerreichte Schärfe. Die Wissenschaftler kombinierten diese Infrarotaufnahmen mit hoch aufgelösten Radiodaten und bestimmten daraus die exakten Positionen der Sterne in Bezug auf die Radioquelle SgrA*.
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In der Mitte dieses nur wenige Lichttage großen Ausschnitts (links) sind SgrA* und S2 nur 15 Millibogensekunden voneinander entfernt. Die Skizze (rechts) beschreibt die aus Beobachtungen während der vergangenen zehn Jahre abgeleitete stark elliptische Bahn des Sterns S2 um das Schwarze Loch SgrA*.
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Stern S2 umkreiste das Loch in zehn Jahren |
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In einem weiteren Schritt durchforsteten die Forscher bis zu zehn Jahre alte Bilder des galaktischen Zentralbereichs. "Als wir im vergangenen Mai das Material analysierten, trauten wir kaum unseren Augen: Der SgrA* zurzeit nächstgelegene Stern S2 hatte sich offenbar mit unglaublich hoher Geschwindigkeit um die Radioquelle herumgeschwungen", so Thomas Ott vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik laut einer Aussendung. "Wir sahen also einen Stern, der das Schwarze Loch in den vergangenen zehn Jahren fast einmal umkreist hat. Dies ist eine außergewöhnliche Beobachtung."
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5.000 Kilometer pro Sekunde
S2 läuft auf einer stark elliptischen Bahn, in deren einem Brennpunkt SgrA* steht. Das heißt: Der Stern umrundet das galaktische Zentrum in ähnlicher Weise wie die Erde die Sonne. Im Frühjahr 2002 hatte S2 mit 17 Lichtstunden oder gut 18 Milliarden Kilometern Abstand den zentrumsnächsten Punkt erreicht. Die Bahngeschwindigkeit betrug 5000 Kilometer pro Sekunde (18 Millionen Kilometer pro Stunde); S2 läuft um SgrA* damit beinahe zweihundert Mal schneller als die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne. Die Analyse der Daten ergab außerdem, dass sich der Stern bis zu zehn Lichttage von der zentralen Radioquelle entfernen kann und für einen Umlauf etwa 15,2 Jahre benötigt. S2 ist vermutlich ein Stern mit etwa der 15-fachen Masse und dem 7-fachen Durchmesser der Sonne. |
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Video: Bewegung von S2 um das galaktische Schwarze Loch (mpg-Datei) |
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Messungen sprechen für Schwarzes Loch |
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"Die Messungen belegen, dass sich in SgrA* tatsächlich eine zentrale unsichtbare Masse verbirgt. Noch wichtiger: Die knapp drei Millionen Sonnenmassen ballen sich auf ein tausendfach kleineres Volumen als bisher angenommen, was fast alle anderen Erklärungen als die eines Schwarzen Lochs ausschließt", so Rainer Schödel vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik.
Neueste Modellrechnungen ergeben für das Schwarze Loch jetzt eine Masse von 2,6 (plus/minus 0,2) Millionen Sonnenmassen. Und um ein solches exotisches Gebilde muss es sich den Autoren des Nature-Artikels zufolge handeln: Kompakte Haufen von Neutronensternen, kleineren Schwarzen Löchern oder vielen masseärmeren Sternen scheiden aus.
Nach den Worten von Reinhard Genzel wäre als einzige Alternative ein hypothetischer Stern aus Kernbausteinen (Bosonen) denkbar. "Doch der würde irgendwann ebenfalls zu einem supermassiven Schwarzen Loch kollabieren", sagt Genzel.
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Mehr über Schwarze Löcher in science.ORF.at:
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01.01.2010 |
