Milchstraße: Rasend schnell ums Schwarze Loch

Nah am Ereignishorizont: Astronomen haben erstmals leuchtende Gasklumpen beobachtet, die das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße gefährlich nah umkreisen. Die aufgeheizte Materie rast nahe der innersten gerade noch stabilen Bahn um Sagittarius A* – und verrät damit, wie groß der Bereich um den Ereignishorizont ist und wo genau er liegt. Gleichzeitig bestätigen die Beobachtungen, dass Sagittarius A* tatsächlich ein massereiches Schwarzes Loch ist, wie die Forscher berichten.

Im Herzen unserer Milchstraße sitzt ein unsichtbarer Schwerkraftgigant: Sagittarius A* umfasst rund 4,2 Millionen Sonnenmassen und beeinflusst durch seine Gravitationswirkung die Bahnen von Sternen und Gas im Galaxienzentrum. Auch durch Strahlenausbrüche, ungewöhnliche Magnetfelder und Teilchenströme verrät das Schwarze Loch seine Natur. Doch wo genau der Ereignishorizont dieses massereichen Schwarzen Lochs liegt, war bisher unklar.

Ausbrüche am Schwarzen Loch

Jetzt ist Astronomen der GRAVITY-Kollaboration die entscheidende Beobachtung gelungen. Möglich wurde dies mit dem GRAVITY-Instrument am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte in Chile. Es kombiniert die Daten von vier Teleskopen zu einem virtuellen Riesenteleskop mit 130 Meter Spiegelfläche. Diese Interferometrie erlaubt es den Forschern, die Geschehnisse um Sagittarius A* im optischen und Infrarotbereich detailliert zu überwachen.

Im Mai und Juli 2018 kam den Astronomen das Glück zu Hilfe: Sie beobachteten drei helle Strahlenausbrüche am Schwarzen Loch, die bis zu 90 Minuten anhielten. Während dieser Zeit veränderten sich die Positionen der von heißem Gas verursachten Flares deutlich: „Die Bewegungen zeichneten im Uhrzeigersinn rund 50 bis 70 Prozent eines geschlossenen Rings nach“, berichten die Forscher. Alle drei Ausbrüche folgten dabei der gleichen Bahn um das Zentrum von Sagittarius A*.

Rasend schnell im Kreis

Das Spannende daran: Aus der Bahn des glühenden Gases und seinem Tempo schließen die Astronomen, dass sich dieses Material fast auf der innersten noch stabilen Kreisbahn um das Schwarze Loch bewegen muss. Diese Zone liegt unmittelbar außerhalb des Ereignishorizonts und markiert den Bereich, auf dem Materie diese Grenze noch umkreisen kann, ohne vom Schwarzen Loch unwiederbringlich eingesogen zu werden.

Das ist das erste Mal, dass Materie so nahe am Ereignishorizont beobachtet wurde, wie die Astronomen berichten. Entsprechend schnell rasen die Gasklumpen um das Schwarze Loch: „Es ist überwältigend, tatsächlich Zeuge zu sein, wie Material mit 30 Prozent der Lichtgeschwindigkeit um ein massereiches Schwarzes Loch läuft“, sagt Teammitglied Oliver Pfuhl vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. „Die enorme Empfindlichkeit von GRAVITY hat es uns ermöglicht, die Akkretionsprozesse in Echtzeit in beispielloser Detailgenauigkeit zu beobachten.“

Einblicke in Geometrie des Schwarzen Lochs

Die Beobachtungen liefern entscheidende Einblicke in die Geometrie des Schwarzen Lochs und seiner Umgebung. Denn die Bahn der leuchtenden Gasklumpen verrät, wie groß die „Gefahrenzone“ um Sagittarius A* herum ist. Demnach entspricht ihr kreisförmiger Orbit einem etwa 110 bis 140 Mikrobogensekunden großen Bereich, der das Schwarze Loch, seinen Ereignishorizont und den innersten noch stabilen Orbit enthält. Das Schwarze Loch scheint uns zudem frontal zugekehrt zu sein, so die Forscher.

Die neuen Daten bestätigen, dass im Herzen unserer Milchstraße tatsächlich ein Schwerkraftgigant liegt – denn direkt zu sehen ist das Schwarze Loch nicht. „Die Astrometrie mit GRAVITY liefert eine überzeugende Bestätigung der Lehrmeinung, dass Sagittarius A* tatsächlich ein massereiches Schwarzes Loch ist“, konstatieren die Astronomen. (Astronomy & Astrophysics, 2018)

(ESO, 31.10.2018 – NPO)