Eine heiße Gasblase, die um das schwarze Loch der Milchstraße schwirrt

Physik-News vom 22.09.2022


Mit Hilfe des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) haben Astronomen Anzeichen für einen „heißen Fleck“ entdeckt, der Sagittarius A*, das schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie, umkreist. Diese Entdeckung hilft uns, die komplexe und dynamische Umgebung unseres supermassereichen schwarzen Lochs besser zu verstehen.

„Wir vermuten, dass wir es mit einer heißen Gasblase zu tun haben, die Sagittarius A** auf einer Bahn umkreist, die ähnlich groß ist wie die des Planeten Merkur, aber in nur etwa 70 Minuten eine volle Umkreisung vollzieht. Dies erfordert eine unglaubliche Geschwindigkeit von etwa 30 % der Lichtgeschwindigkeit“, sagt Maciek Wielgus vom Radioastronomie'>Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, der die heute in Astronomy & Astrophysics veröffentlichte Studie leitete.


Die Bahn des Hot Spots um Sagittarius A**

Publikation:


M. Wielgus, M. Moscibrodzka, J. Vos et al.
Orbital motion near Sagittarius A* – Constraints from polarimetric ALMA observations
Astronomy & Astrophysics (2022)

DOI: 10.1051/0004-6361/202244493



Die Beobachtungen wurden mit ALMA in den chilenischen Anden gemacht – einem Radioteleskop, das von der Europäischen Südsternwarte (ESO) mitgetragen wird – während einer Kampagne der Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration zur Abbildung schwarzer Löcher. Im April 2017 kombinierte das EHT acht bestehende Radioteleskope auf der ganzen Welt, darunter ALMA, was zu dem kürzlich veröffentlichten ersten Bild von Sagittarius A** führte. Für die Kalibrierung der EHT-Daten verwendeten Wielgus und seine Arbeitsgruppe, die Mitglieder der EHT-Kollaboration sind, ALMA-Daten, die gleichzeitig mit den EHT-Beobachtungen von Sagittarius A* aufgezeichnet wurden. Zur Überraschung des Teams fanden sich in den ALMA-Messungen weitere Hinweise auf die Natur des schwarzen Lochs.


Diese Weitfeldaufnahme im sichtbaren Licht zeigt die dichten Sternwolken im Sternbild Schütze (lat. Sagittarius) in Richtung des Zentrums der Milchstraßengalaxie. Das gesamte Bild wird durch eine enorme Anzahl an Sternen ausgefüllt – aber noch deutlich mehr sind hinter Wolken aus Staub verborgen und sind nur auf Infrarotaufnahmen sichtbar. Die Aufnahme wurde aus Fotografien im roten und blauen Licht zusammengestellt, die Teil des Survey'>Digitized Sky Survey 2 sind. Das Gesichtsfeld beträgt schätzungsweise 3,5°x3,6°.

Einige der Beobachtungen wurden zufällig kurz nach einem Ausbruch oder einem Flare von Röntgenenergie aus dem Zentrum unserer Galaxie durchgeführt, der vom NASA-Weltraumteleskop Chandra entdeckt wurde. Diese Art von Ausbrüchen, die zuvor mit Röntgen- und Infrarotteleskopen beobachtet wurden, stehen vermutlich mit so genannten „Hot Spots“ in Verbindung, heißen Gasblasen, die sehr schnell und nahe am schwarzen Loch kreisen.


Dieses Bild zeigt das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) mit Blick auf die Milchstraße sowie die Position von Sagittarius A**, dem supermassereichen schwarzen Loch in unserem galaktischen Zentrum. Im Kasten hervorgehoben ist das Bild von Sagittarius A*, das von der Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration aufgenommen wurde.

„Das wirklich Neue und Interessante ist, dass solche Flares bisher nur in Röntgen- und Infrarotbeobachtungen von Sagittarius A** deutlich zu sehen waren. Hier sehen wir zum ersten Mal einen sehr starken Hinweis darauf, dass umlaufende Hot Spots auch in Radiobeobachtungen vorhanden sind“, sagt Wielgus, der am Nicolaus Copernicus Astronomical Centre, Polen und in der Black Hole Initiative der Harvard University, USA, tätig ist.



Dieses Video zeigt eine Animation eines Hot Spots, einer Blase aus heißem Gas, in einer Umlaufbahn um Sagittarius A**. Dieses schwarze Loch ist vier Millionen Mal massereicher als unsere Sonne und befindet sich im Zentrum unserer Milchstraße. Während das schwarze Loch (Mitte) mit dem Event Horizon Telescope in Bildern festgehalten wurde, konnte die Gasblase, die es umgibt, nicht aufgenommen werden: Ihre Umlaufbahn und ihre Geschwindigkeit wurden sowohl aus Beobachtungen als auch aus Modellen abgeleitet. Das Team, das den Nachweis für diesen Hot Spot mit Hilfe des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an dem die ESO beteiligt ist, entdeckt hat, sagt voraus, dass die Gasblase sehr nahe am schwarzen Loch kreist, in einem Abstand, der etwa fünfmal größer ist als die Grenze des schwarzen Lochs oder der „Ereignishorizont“. Die Entdecker sagen auch voraus, dass der Hot Spot immer heller wird, je näher er dem schwarzen Loch kommt, wie in dieser Animation zu sehen ist. Außerdem können sie ableiten, dass die Gasblase 70 Minuten braucht, um eine Umlaufbahn zu vollenden, was ihre Geschwindigkeit auf erstaunliche 30 % der Lichtgeschwindigkeit bringt.

„Vielleicht sind diese bei Infrarotwellenlängen entdeckten Hot Spots eine Erscheinung desselben physikalischen Phänomens: Wenn sich die im Infraroten strahlenden Hot Spots abkühlen, werden sie bei längeren Wellenlängen sichtbar, wie die, die von ALMA und dem EHT beobachtet werden“, fügt Jesse Vos, Doktorand an der Radboud-Universität in den Niederlanden, hinzu, der ebenfalls an dieser Studie beteiligt war.

Lange Zeit ging man davon aus, dass die Flares durch magnetische Wechselwirkungen in dem sehr heißen Gas entstehen, das in unmittelbarer Nähe von Sagittarius A** kreist. Die neuen Ergebnisse stützen diese Idee. „Jetzt finden wir starke Hinweise auf einen magnetischen Ursprung dieser Flares, und unsere Beobachtungen geben uns einen Hinweis auf die Geometrie des Prozesses. Die neuen Daten sind äußerst hilfreich für die Formulierung einer theoretischen Interpretation dieser Ereignisse“, sagt Mitautorin Monika Mościbrodzka von der Radboud Universität.

ALMA ermöglicht es den Astronomen und Astronominnen, die polarisierte Radioemission von Sagittarius A** zu untersuchen, die dazu verwendet werden kann, das Magnetfeld des schwarzen Lochs zu identifizieren. Das Team nutzte diese Beobachtungen zusammen mit theoretischen Modellen, um mehr über die Entstehung des Hot Spots und die Umgebung, in die er eingebettet ist, zu erfahren, einschließlich des Magnetfelds um Sagittarius A*. Ihre Untersuchungen liefern stärkere Anhaltspunkte für die Form dieses Magnetfelds als frühere Beobachtungen und helfen den Forschenden, die Natur unseres schwarzen Lochs und seiner Umgebung zu entschlüsseln.

Die Beobachtungen bestätigen einige der früheren Entdeckungen, die mit dem GRAVITY-Instrument am Very Large Telescope (VLT) der ESO gemacht wurden, das im Infraroten beobachtet. Die Daten von GRAVITY und ALMA deuten beide darauf hin, dass der Flare in einem Gasklumpen entsteht, der mit etwa 30 % der Lichtgeschwindigkeit im Uhrzeigersinn um das schwarze Loch herumwirbelt, wobei dessen Umlaufbahn nahezu von oben erscheint.

„In Zukunft sollten wir in der Lage sein, Hot Spots durch koordinierte Multiwellenlängenbeobachtungen mit GRAVITY und ALMA über mehrere Spektalbereiche hinweg zu verfolgen – der Erfolg eines solchen Unterfangens wäre ein echter Meilenstein für unser Verständnis der Physik von Flares im galaktischen Zentrum“, sagt Ivan Marti-Vidal von der Universität Valencia in Spanien, Mitautor der Studie.

Das Team hofft auch, mit dem EHT die umlaufenden Gasklumpen direkt beobachten zu können, um immer näher an das schwarze Loch heranzukommen und mehr darüber zu erfahren. „Hoffentlich können wir eines Tages sagen, dass wir wirklich verstehen, was in Sagittarius A** vor sich geht“, so Wielgus abschließend.


Die News der letzten 14 Tage 8 Meldungen

28.11.2022
Elektrodynamik | Festkörperphysik
Wie man Materialien durchschießt, ohne etwas kaputt zu machen
Wenn man geladene Teilchen durch ultradünne Materialschichten schießt, entstehen manchmal spektakuläre Mikro-Explosionen, manchmal bleibt das Material fast unversehrt.
25.11.2022
Sonnensysteme | Astrophysik
Im dynamischen Netz der Sonnenkorona
In der mittleren Korona der Sonne entdeckt ein Forscherteam netzartige, dynamische Plasmastrukturen – und einen wichtigen Hinweis auf den Antrieb des Sonnenwindes.
25.11.2022
Exoplaneten | Astrophysik
Rätselraten um einen jungen Exo-Gasriesen
Eine Foschergruppe hat einen Super-Jupiter um den sonnenähnlichen Stern HD 114082 entdeckt, der mit einem Alter von 15 Millionen Jahren der jüngste Exoplanet seiner Art ist.
24.11.2022
Teilchenphysik | Festkörperphysik | Quantenphysik
Spin-Korrelation zwischen gepaarten Elektronen nachgewiesen
Physiker haben erstmals experimentell belegt, dass es eine negative Korrelation gibt zwischen den beiden Spins eines verschränkten Elektronenpaares aus einem Supraleiter.
23.11.2022
Festkörperphysik | Quantenoptik
Lichtstrahlen beim Erlöschen zusehen
Ein Forschungsteam konnte erstmals messen, wie das Licht eines Leuchtzentrums in einem Nanodraht nach dessen Anregung durch einen Röntgenpuls abklingt.
22.11.2022
Exoplaneten | Teleskope
Weltraumteleskop JWST: Neues von den Atmospären von Exoplaneten
Beobachtungen des Exoplaneten WASP-39b mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) haben eine Fülle von Informationen über die Atmosphäre des Planeten geliefert.
22.11.2022
Festkörperphysik | Physikdidaktik
Chemielehrbücher: Es gibt keine Kohlensäure - Falsch!
Die Existenz von Kohlensäure war in der Wissenschaft lange umstritten: theoretisch existent, praktisch kaum nachweisbar, denn an der Erdoberfläche zerfällt die Verbindung.

30.11.2021
Schwarze Löcher

Das bisher engste bekannte Paar supermassereicher schwarzer Löcher entdeckt
Astronominnen und Astronomen haben mit Hilfe des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) das der Erde am nächsten gelegene Paar supermassereicher schwarzer Löcher entdeckt, das jemals beobachtet wurde.
12.05.2022
Milchstraße | Schwarze Löcher

Erstes Bild des supermassereichen Schwarzen Lochs im Herzen der Milchstraße
Astronomen haben das erste Bild des supermassereichen Schwarzen Lochs (Sagittarius A*) im Zentrum der Milchstraße enthüllt.
22.09.2022
Milchstraße | Schwarze Löcher

Eine heiße Gasblase, die um das schwarze Loch der Milchstraße schwirrt
Mit Hilfe des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) haben Astronomen Anzeichen für einen „heißen Fleck“ entdeckt, der Sagittarius A*, das schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie, umkreist.
03.12.2019
Galaxien | Schwarze Löcher

Astrophysik - Galaktisches Schwergewicht
Schwarzes Loch mit 40 Milliarden Sonnenmassen entdeckt: Im Zentrum des Galaxienhaufes “Abell 85” befindet sich das größte schwarze Loch im nahen Universum – es ist wahrscheinlich das Ergebnis einer Kette von Verschmelzungen kleinerer schwarzer Löcher.
22.08.2022
Schwarze Löcher

Supermassives Schwarzes Loch beeinflusst Sternbildung
Starke Jets eines supermassiven Schwarzen Lochs verändern die Bedingungen für die Sternentstehung in interstellaren Wolken.
04.11.2021
Galaxien | Schwarze Löcher

Jet der Riesengalaxie M87
In verschiedenen Wellenlängen lässt sich ein gigantischer Teilchenstrahl beobachten, der von der Riesengalaxie M87 ausgestoßen wird.
18.11.2022
Schwarze Löcher | Relativitätstheorie

Rekonstruktion eines ungewöhnlichen Gravitationswellensignals
Ein Forschungsteam aus Jena und Turin (Italien) hat die Entstehung eines ungewöhnlichen Gravitationswellensignals rekonstruiert.
15.11.2021
Schwarze Löcher

Woher kommt das Gold?
Wie werden chemische Elemente in unserem Universum produziert?
07.04.2022
Sterne | Schwarze Löcher

Die Jagd nach dem Gravitationswellenhintergrund
Die Kollision supermassereicher schwarzer Löcher in den Zentren wechselwirkender Galaxien füllt das Universum mit niederfrequenten Gravitationswellen.
21.11.2022
Galaxien | Schwarze Löcher | Teleskope

Schärfster Blick in den Kern eines Quasars
Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern präsentiert neue Beobachtungen des ersten jemals identifizierten Quasars.
21.11.2019
Schwarze Löcher

Forscherteam entdeckt erstmals drei supermassereiche Schwarze Löcher im Kern einer Galaxie
Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Universität Göttingen und des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) hat erstmals drei supermassereiche Schwarze Löcher im Kern einer Galaxie nachgewiesen.
04.11.2022
Schwarze Löcher | Satelliten und Sonden

Neue Methode findet das der Erde nächste schwarze Loch
Mit Daten des ESA-Astrometriesatelliten Gaia haben Astronomen das erdnächste bekannte schwarze Loch gefunden – weniger als 1600 Lichtjahre von uns entfernt.
18.08.2022
Galaxien | Schwarze Löcher

Ein ruhendes schwarzes Loch außerhalb unserer Galaxie
Ein internationales Expertenteam hat ein schwarzes Loch mit stellarer Masse in der Großen Magellanschen Wolke, einer Nachbargalaxie von uns, entdeckt.
18.10.2021
Galaxien | Schwarze Löcher

Entwicklung von heißem Gas von einem aktiven Schwarzen Loch
Ein internationales Team hat zum ersten Mal die Entwicklung von heißem Gas beobachtet, das von einem aktiven Schwarzen Loch stammt.
03.06.2022
Sterne | Schwarze Löcher

Kosmische Katastrophe: Schwarzes Loch zerreißt Riesenstern
In einer fernen Galaxie im Sternbild Herkules hat ein gigantisches Schwarzes Loch einen Riesenstern zerrissen.
31.07.2022
Sterne | Schwarze Löcher

8000 Kilometer pro Sekunde: Kürzeste Umlaufzeit um schwarzes Loch bestimmt
Der Stern mit dem Namen S4716 umkreist in vier Jahren Sagittarius A*, das schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße.
19.12.2019
Schwarze Löcher

Fütterung der ersten supermassereichen Schwarzen Löcher
Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien finden sich zunehmend in Entfernungen, die einem Alter des Universums von nur wenigen hundert Millionen Jahren entsprechen.
12.01.2022
Schwarze Löcher | Relativitätstheorie

Die Suche nach einem kosmischen Gravitationswellenhintergrund
Ein internationales Team von Astronomen gibt die Ergebnisse einer umfassenden Suche nach einem niederfrequenten Gravitationswellenhintergrund bekannt.
11.08.2022
Sterne | Schwarze Löcher | Astrophysik

Schnappschuss eines Winds, der einen gebündelten Gas-Jet speist
Ein Team von Astronomen aus Italien und Deutschland hat zum ersten Mal Gasströme, die von einer Akkretionsscheibe ausgehen, direkt hin zu einem Jet nachgezeichnet, der Material in den freien Weltraum schleudert.