Dienstag, 25. November 2014

Weitere Debatte um mysteriöses Objekt G2 im Zentrum unserer Galaxie


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. | Copyright: MPE

Garching (Deutschland) - Nachdem erst kürzlich US-Astronomen erklärt hatten, dass es sich bei einer Gaswolke, die sich auf das Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie zubewegt in Wirklichkeit um einen von einer Wasserstoffwolke umgebenen Riesenstern handelt (...wir berichteten), eröffnen nun deutsche Astronomen die Diskussion um das Objekt mit der Bezeichnung G2 erneut. Sie berichten aktuell, dass G2 doch keinen Stern birgt und sogar zwei Wolken zum selben Komplex gehören.

Wie das Team um Oliver Pfuhl und Stefan Gillessen vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in einer zukünftigen Ausgabe des Fachmagazins "Astrophysical Journal" und vorab auf arXiv.org berichtet, habe man herausgefunden, dass die Umlaufbahn von G2 derjenigen einer anderen, schon vor zehn Jahren beobachteten Gaswolke entspricht. G2 wäre demnach Teil eines viel größeren Komplexes.

Gillessen und Kollegen waren es, die die Wolke 2011 entdeckt und erkannt hatten, dass diese 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. Doch dieses kosmische Schauspiel blieb selbst bei der größten Annäherung des Objekt an das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße aus.


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"G2 hat diesen Tanz um das Schwarze Loch nur deshalb überstanden und umkreist weiterhin das Schwarze Loch auf einer relativ stabilen Umlaufbahn, weil es sich eben nicht nur um eine einfache Gaswolke sondern um einen gewaltigen Stern handelt", schlussfolgerten daraufhin erst Anfang November Astronomen um Gunther Witzel und Andrea Ghez von der University of California - Los Angeles (...wir berichteten).

Neue Infrarotbeobachtungen mit dem Instrument SINFONI am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) 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", erläutert die Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts.


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", so Gillessen. Die Forscher bezeichnen dieses Objekt als G1. "Wir untersuchten den Zusammenhang zwischen G1 und G2 und fanden eine erstaunliche Ähnlichkeit der beiden Bahnen."



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. | Copyright: MPE

Die schwache und verschwommene Wolke G1 taucht demnach bereits in den Daten von 2004 bis 2008 auf. Anhand dieser Daten konnten die Max-Planck-Forscher ihre Bahn bestimmen und entdeckte, 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."


Diesen Informationen speisten die Forscher dann 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.


"Unsere Grundidee ist, dass G1 und G2 Klumpen desselben Gasflusses sein könnten", sagt Pfuhl und führt weiter aus: "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 errechnete 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 demnach 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 - erscheine 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.


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