Unheimliche Begegnung: Gaswolke passiert das schwarze Loch im galaktischen Zentrum
Serie von Infrarot-Bildern, die die zentrale Region unserer Milchstraße zeigen. Die Gaswolke (angedeutet durch einen Pfeil) wird bis 2012 eindeutig erkannt; in den neuesten Bildern ist die Oberflächenhelligkeit jedoch zu niedrig für eine sichere Zuordnung.
Im Jahr 2011 entdeckten die MPE-Astronomen eine Gaswolke, die auf einer nahezu radialen Umlaufbahn in Richtung des Schwarzen Lochs in der Mitte unserer Milchstraße fällt. Neue, sehr empfindliche Daten wurden nun im April 2013 mit dem SINFONI-Instrument am Very Large Telescope der ESO aufgenommen und haben gezeigt, dass ein Teil der Wolke seine größte Annäherung an das Schwarze Loch bereits hinter sich hat. Wenn das Gas am schwarzen Loch vorbei fliegt, kehrt es seine Geschwindigkeit um. Die Emission von diesem Teil der Wolke erscheint daher nicht rot-verschoben wie die Strahlung vom Rest der Wolke, sondern blau-verschoben.
"Das ionisierte Gas an der Spitze der Wolke ist nun über eine Strecke von mehr als 150 Lichtstunden verteilt (etwa 160 Milliarden Kilometer) und erstreckt sich um das Perizentrum der Umlaufbahn um das Schwarze Loch,“ erklärt Stefan Gillessen vom MPE, der das Beobachtungsteam leitet. "Die größte Annäherung beträgt dabei nur etwa 25 Lichtstunden (oder etwas mehr als 25 Milliarden Kilometer). Dabei darf man sich die Annäherung an das Perizentrum aber nicht als ein singuläres Ereignis vorstellen; es ist vielmehr ein Prozess, der sich über einen Zeitraum von mindestens einem Jahr erstreckt."
Ein Positions-Geschwindigkeits-Diagramm der Gaswolke aus den neuesten Beobachtungen mit SINFONI. Die räumliche Achse zeigt die Richtung entlang der Bahn, die andere zeigt die gemessene Geschwindigkeit an jedem Punkt. Ein kleiner Teil der Wolke ist schon durch Perizentrum am Schwarzen Loch (oben links) vorbei geflogen, während die Kopf- und Endstrukturen der Gaswolke sich noch im Anflug befinden. Die beiden Linien zeigen zwei mögliche Umlaufbahnen auf der Grundlage von zwei unterschiedlichen Annahmen.
Frühere Schätzungen für die Umlaufbahn der Gaswolke hatten den nominalen Perizentrum-Durchgang für dieses Jahr vorhergesagt, während die neue Analyse eher einen Termin Anfang 2014 bevorzugt - ein Unterschied, der weniger als die Dauer des Ereignisses beträgt. Zusätzlich zu den neuen Beobachtungen analysierte das Team auch erneut Archivdaten der Wolke erhielt so eine bessere Vermessung der Umlaufbahn. Die schnellsten Komponenten bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 3000 km/s (oder etwa 10 Millionen km/h), während der hellste Teil des Kopfes sich mit etwa 2180 km/s bewegt. Am hinteren Ende scheint es einen weiteren Teil zu geben, der sich viel langsamer bewegt, mit einer Geschwindigkeit von „nur“ 700 km/s, aber auf der gleichen Umlaufbahn zu sein scheint.
"Aber die aufregendste Entdeckung für uns ist die Strahlung mit einer blau-verschobenen Geschwindigkeit von 3000 km/s entlang der Bahn in einer Position nach Perizentrum", sagt Stefan Gillessen. "Dies bedeutet, dass ein Teil der Wolke bereits die größte Annäherung an das Schwarze Loch hinter sich hat. Dies könnte auch Auswirkungen auf unsere Modelle für die Umlaufbahn der Gaswolke haben, da der hellste Teil des Kopfes möglicherweise nicht mehr vergleichbar ist zum Kopf im Jahr 2012." Messungen der Radialgeschwindigkeit scheinen diesen Verdacht zu bestätigen: Die Erhöhung der Geschwindigkeit ist weniger als erwartet, da die schnellsten Teilbereiche bereits auf die andere Seite des schwarzen Loch gerast sind und somit nicht mehr zu der Geschwindigkeit des noch rot-verschobenen Teils beitragen.
Serie von Positions-Geschwindigkeits-Diagrammen 2004-2013, die auf identische maximale Helligkeiten skaliert wurden. Im Laufe der Zeit wird die Gaswolke aufgrund der Gezeitenwirkung des Schwarzen Lochs zunehmend auseinander gerissen.
Darüber hinaus werfen die neuen Daten auch Licht auf die rätselhafte Herkunft der Gaswolke. Es wurden verschiedenste Optionen vorgeschlagen: Etwa eine Kollision zwischen Sternwinden und dem interstellaren Gas, oder ein möglicher Plasma-Jet aus dem galaktischen Zentrum; oder auch ein schwacher Stern, der zunehmend Gas verliert. Auch wenn die Kompaktheit der Gaswolke für diese Szenarien überrascht, scheint die Form der Gezeitenkräfte gegen Modelle mit einem stellaren Kern zu sprechen, der ständig neues Gas liefern würde. Stattdessen scheint die Orientierung der Umlaufbahn einen Ursprung in der Scheibe von jungen, massereichen Sternen um das schwarze Loch weiter außen zu begünstigen.
Zahlreiche weitere Beobachtungskampagnen sind vorbereitet, um die Region um das galaktische Zentrum im Jahr 2013 intensiv zu überwachen. Dies sollte den Astronomen eine Fülle von Daten liefern, um nicht nur weitere Parameter der Gaswolke einschränken zu können, sondern auch interessante Informationen über die Umgebung des Schwarzen Lochs liefern. Die zunehmende Ausbreitung und die damit abnehmender Flächenhelligkeit des Gases wird eine solche Beobachtung jedoch schwierig machen. Die Gaswolke wird immer weiter verblassen, während sie das Schwarze Loch passiert.
