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Originalpublikation

Oliver Pfuhl, Stefan Gillessen et al.
The Galactic Center cloud G2 and its gas streamer

Gasfluss im galaktischen Zentrum

Max-Planck-Forscher entdecken, dass zwei Wolken zum selben Komplex gehören

24. November 2014

Eine gigantische Gaswolke umläuft das galaktische Zentrum. Dieses G2 genannte Objekt war bereits im Jahr 2011 entdeckt worden. Zunächst war man davon ausgegangen, dass sich innerhalb von G2 ein Stern verbirgt, der möglicherweise vom schwarzen Loch im Herzen der Milchstraße verschluckt würde. Tatsächlich scheint es im Innern der Wolke keinen Stern zu geben. Mehr noch: Astronomen um Stefan Gillessen vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching haben jetzt herausgefunden, dass die Umlaufbahn von G2 derjenigen einer anderen, schon vor zehn Jahren beobachteten Gaswolke entspricht. G2 wäre demnach Teil eines viel größeren Komplexes.

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Im Zentrum der Milchstraße: Das detailreiche Bild der Gaswolke G2 vom April 2014 wurde mit dem SINFONI-Instrument am Very Large Telescope aufgenommen. Der rote Teil der Wolke nähert sich dem vier Millionen Sonnenmassen schweren schwarzen Loch (Kreuz) mit einer Geschwindigkeit von einigen tausend Kilometern pro Sekunde. Der blaue Teil hat bereits den kürzesten Abstand zum Massemonster passiert und entfernt sich wieder von ihm. Die ursprünglich sphärische Gaswolke wurde durch das starke Gravitationsfeld des schwarzen Lochs um einen Faktor 50 in ihrer Bewegungsrichtung gestreckt. Ihre Größe (vom roten bis zum blauen Teil der Wolke) entspricht nun dem 900-fachen Abstand der Erde von der Sonne. Die durchgezogene Linie zeigt die Umlaufbahn der Gaswolke. Die gestrichelte Linie verdeutlicht den Orbit des Sterns (S2), der bisher am besten vermessen wurde. Ebenfalls markiert sind die Positionen der benachbarten Sterne.

[weniger]

Im Jahr 2011 spürten Stefan Gillessen und seine Kollegen vom Garchinger Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik eine Gaswolke auf, die auf einer nahezu radialen Umlaufbahn in Richtung des schwarzen Lochs in der Mitte unserer Milchstraße fiel. Manche Wissenschaftler erwarteten ein großes Spektakel, falls das Objekt von dem Massemonster verschlungen und dabei Strahlung freigesetzt würde.

Allerdings blieb es ruhig. Beobachtungen am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) vom April 2013 offenbarten dann, dass ein Teil dieser G2 genannten Gaswolke seine größte Annäherung an das schwarze Loch mit einer Entfernung von etwa 20 Lichtstunden (etwas mehr als 20 Milliarden Kilometer) zum damaligen Zeitpunkt bereits hinter sich hatte.

Neue Infrarotbeobachtungen mit dem Instrument SINFONI am Very Large Telescope zeigen jetzt die fortlaufenden Störungen der Gaswolke, ausgelöst durch Gezeitenkräfte in dem starken Gravitationsfeld des schwarzen Lochs. Während Form und Pfad der Gaswolke gut mit den Vorhersagen aus den Modellen übereinstimmen, gab es bisher immer noch keine signifikant erhöhte Emission bei hohen Energien, wie man sie aufgrund der damit verbundenen Stoßfront erwartet hatte.

Ein genauerer Blick auf die Daten führte nun zu einer Überraschung: „Schon vor zehn Jahren haben wir eine weitere Gaswolke in der Zentralregion unserer Galaxis beobachtet“, sagt Stefan Gillessen. Die Forscher bezeichnen dieses Objekt als G1. „Wir untersuchten den Zusammenhang zwischen G1 und G2 und fanden eine erstaunliche Ähnlichkeit der beiden Bahnen.“

Die schwache und verschwommene Wolke G1 taucht in den Daten von 2004 bis 2008 auf. Die Max-Planck-Forscher konnten deren Bahn bestimmen und fanden, dass G1 das Perizentrum (den Punkt größter Annäherung an das schwarze Loch) schon im Jahr 2001 passiert hatte. Die Ähnlichkeit der Umlaufbahnen legt somit nahe, dass G1 der Gaswolke G2 etwa 13 Jahre voraus ist.

Die Wissenschaftler speisten diese Informationen in ein Modell für eine kombinierte Bahn ein, wobei sie zum einen die verschiedenen Perizentrum-Zeiten berücksichtigten, zum anderen kleine Abweichungen für leicht unterschiedliche Orbits erlaubten; diese sind der Wechselwirkung des Gases mit dem Umgebungsmedium geschuldet.

<p>Zwei auf einen Blick: Diese Aufnahmen mit dem SINFONI-Instrument am <em>Very Large Telescope</em> zeigen die beiden Gaswolken G1 (blau) und G2 (rot Bild vergrößern

Zwei auf einen Blick: Diese Aufnahmen mit dem SINFONI-Instrument am Very Large Telescope zeigen die beiden Gaswolken G1 (blau) und G2 (rot). Die gestrichelten Linien verdeutlichen den Orbit des Sterns (S2) sowie die gemeinsame Umlaufbahn der beiden Gaswolken, die den Daten am besten entspricht. Das Kreuz markiert den Ort des schwarzen Lochs im galaktischen Zentrum.

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„Unsere Grundidee ist, dass G1 und G2 Klumpen desselben Gasflusses sein könnten“, sagt Oliver Pfuhl vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Hauptautor einer jetzt im Astrophysical Journal erschienenen Studie. „In diesem Fall sollten wir in der Lage sein, gleichzeitig beide Datensätze anzupassen. Und tatsächlich beschreibt unser Modell die G1- und G2-Orbits bemerkenswert genau.“

Das Modell geht davon aus, dass G1 während des Durchgangs durch das Perizentrum abgebremst wurde, und zwar durch die Widerstandskraft der dünnen Atmosphäre, die das massereiche schwarze Loch umgibt. Das Abbremsen brachte G1 auf eine Kreisbahn. Allein mit dieser sehr einfachen Annahme ergibt sich, dass die leuchtenden G1- und G2-Wolken offenbar derselben Umlaufbahn folgen. Kleine Abweichungen sind dabei nicht überraschend, denn das Modell vernachlässigt wohl einige wesentliche physikalische Prozesse.

„Die gute Übereinstimmung mit den Daten macht es höchst wahrscheinlich, dass G1 und G2 Teil desselben Gasflusses sind“, sagt Stefan Gillessen zusammenfassend. Eine mögliche Quelle für beide Wolken könnten Klumpen im Wind eines der massereichen Sterne in der galaktischen Scheibe sein, der vor rund 100 Jahren in der Nähe der G2-Umlaufbahn ausgestoßen wurde. Eine andere Erklärung – ein großer Stern, der von einer ausgedehnten Gaswolke umgeben ist – erscheint angesichts der aktuellen Daten weiterhin als unwahrscheinlich.

Dennoch rätseln die Astronomen, weshalb sie bisher keine erhöhte Strahlung – insbesondere im Röntgenbereich – aus der Nähe des schwarzen Lochs registriert haben.

HAE / HOR

 
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