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"Todesschrei" aus dem Schwarzen Loch

Das Massemonster im Herzen der Milchstraße flackert und scheint zu rotieren

30. Oktober 2003

Infrarote Lichtblitze aus der Umgebung des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße hat ein internationales Team von Astronomen unter Führung von Prof. Reinhard Genzel, Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, registriert. Das Licht flackert innerhalb weniger Minuten und entsteht offenbar, wenn heißes Gas in den Schwerkraftschlund gesogen wird und dann hinter dessen "Ereignishorizont" verschwindet. Die Forscher schließen daraus auf eine rasche Rotation des galaktischen Schwarzen Lochs - wie es Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie für diese Art von kosmischen Objekten voraussagt. Diese einzigartigen Beobachtungen gelangen an einem der vier 8,2-Meter-Teleskope der Europäischen Südsternwarte (ESO) auf dem chilenischen Berg Paranal (Nature, 30. Oktober 2003).

Am frühen Morgen des 9. Mai 2003 durchbrach ein Ausruf des Erstaunens die ruhige Atmosphäre im Kontrollraum des Very Large Telescope: "Was macht der Stern denn da!", rief Rainer Schödel, während er auf einem der Monitore starrte. Der Astronom des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik beobachtete gemeinsam mit Reinhard Genzel das rund 26.000 Lichtjahre entfernte Zentrum unserer Galaxis. Ein neuer Stern war auf dem Bildschirm aufgetaucht - und wenige Minuten später spurlos verschwunden. Was konnte das bedeuten? Die Wissenschaftler zweifelten nicht: Sie hatten einen energiereichen "Flare" im nahen Infrarot entdeckt, und zwar exakt an jener Position, an der sie das supermassereiche Schwarze Loch im Herzen der Milchstraße wähnen. Schwarze Löcher zählen zu den bizarrsten Objekten im Universum. In ihnen ist die Materie so dicht gepackt, dass nicht einmal Licht den Schwerkraftfesseln zu entkommen vermag.

"Seit mehr als einem Jahrzehnt haben wir nach dieser Strahlung gesucht", sagt Team-Mitglied Andreas Eckart von der Universität zu Köln. "Uns war klar, dass das Schwarze Loch immer wieder Materie auf sich zieht. Bevor das Gas verschluckt wird und aus unserer Welt verschwindet, sollte es sich erhitzen und Infrarotstrahlung aussenden." Genau diesen "Todesschrei" haben die Astronomen nun zum ersten Mal live beobachtet. Dazu hatten sie im Frühjahr das ESO-Teleskop namens Yepun mit der Infrarotkamera NACOS auf das galaktische Zentrum gerichtet und nach kurzer Zeit einen Treffer gelandet.

Signale aus dem Schwarzen Loch: Die beiden Fotos vom 9. Mai 2003 zeigen Momentaufnahmen des galaktischen Zentrums. In dem mit einem Kreis markierten B Bild vergrößern
Signale aus dem Schwarzen Loch: Die beiden Fotos vom 9. Mai 2003 zeigen Momentaufnahmen des galaktischen Zentrums. In dem mit einem Kreis markierten Bereich vermuten die Astronomen das supermassereiche Schwarze Loch. Auf dem rechten Bild blitzt der Flare im Grenzbereich des so genannten Ereignishorizonts auf. Das Kreuz bezeichnet die Position des Sterns S 2, der das Schwarze Loch einmal in 15 Jahren umläuft. Die Aufnahmen besitzen eine Detailauflösung von 0,04 Bogensekunden (entsprechend 45 Lichttagen) und entstanden im nahen Infrarot am ESO-Teleskop Yepun. [weniger]

Eine gründliche Auswertung ergab, dass die Infrarotstrahlung aus einem wenige Lichtstunden kleinen Bereich stammt; am irdischen Himmel bildet er sich unter dem Winkel von nur einigen tausendstel Bogensekunden ab (und erscheint damit ähnlich winzig wie ein Mensch auf der Mondoberfläche). Dass sich das Signal innerhalb weniger Minuten ändert, beweist den Forschern zufolge seine Herkunft aus der Grenzregion des so genannten Ereignishorizonts, hinter dem es selbst für Licht kein Entrinnen gibt. In dieser Region vermuten die Astronomen "chaotische Verhältnisse" - ähnlich, wie sie in Gewittern oder Strahlungsausbrüchen auf der Sonne herrschen.

"Unsere Daten erlauben es, Voraussagen der Allgemeinen Relativitätstheorie zu überprüfen", sagt Daniel Rouan vom Observatorium Paris-Meudon. Das spektakulärste Ergebnis sei eine 17-Minuten-Periode in der Lichtkurve von zwei der beobachteten Flares. Rührt dieser Zyklus von dem Gas her, das um das Schwarze Loch wirbelt? "Wenn ja, dann bleibt eigentlich nur ein Schluss: Das Schwarze Loch selbst rotiert", sagt Rouan.

Das Flackern des Flares: Die roten Pfeile in dieser Lichtkurve vom 16. Juni 2003 markieren eine Periodizität von 17 Minuten. Stammt der Flare von wirb Bild vergrößern
Das Flackern des Flares: Die roten Pfeile in dieser Lichtkurve vom 16. Juni 2003 markieren eine Periodizität von 17 Minuten. Stammt der Flare von wirbelnden Gaswolken, dann muss auch das Schwarze Loch selbst rotieren - mit etwa der halben von der Allgemeinen Relativitätstheorie zugelassenen Höchstgeschwindigkeit. [weniger]

Für Reinhard Genzel bedeutet die Entdeckung einen weiteren Durchbruch in der Erforschung Schwarzer Löcher - nachdem es seinem Team bereits vor einem Jahr gelungen war, das "Schwerkraftmonster" im Herzen der Galaxis anhand der raschen Bewegung eines Sterns mit großer Sicherheit nachzuweisen und seine Masse auf rund drei Millionen Sonnenmassen abzuschätzen (MPG-Presseinformation Nr. 87, 16. Oktober 2002). "Aus der Theorie wissen wir, dass ein Schwarzes Loch durch drei Größen charakterisiert ist: Masse, Spin und elektrische Ladung. Falls die beobachtete Periode tatsächlich die Umlaufzeit des Gases um das Schwarze Loch widerspiegelt, hätten wir also zum ersten Mal den Spin eines solchen Objekts direkt gemessen." Das Schwarze Loch würde sich mit etwa der Hälfe der von der Allgemeinen Relativitätstheorie zugelassenen Höchstgeschwindigkeit drehen. Und Genzel ergänzt: "Jetzt beginnt die Ära, in der wir die Physik von Schwarzen Löchern durch die Beobachtung überprüfen und aufdecken können."

Dem Team gehörten an: Reinhard Genzel, Rainer Schödel, Thomas Ott und Bernd Aschenbach (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching), Andreas Eckart (Physikalisches Institut der Universität zu Köln), Tal Alexander (Weizmann Institut, Rehovot) sowie Francoise Lacombe und Daniel Rouan (LESIA - Observatorium Paris-Meudon).

Diese Pressemitteilung erscheint zeitgleich in Abstimmung mit der Europäischen Südsternwarte (ESO) sowie dem Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), jeweils in englischer und französischer Version.

 
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