VLBI
Detaillierter Blick ins Zentrum der Milchstraße
Redaktion / Pressemitteilung des MPIfR
astronews.com
4. September 2008

Ein internationales Team von Astronomen hat, unter Beteiligung von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn, den bisher bestaufgelösten Blick auf die Zentralquelle unserer Milchstraße erhalten. Hier vermuten Astronomen seit langem ein extrem massereiches Schwarzes Loch. Bald könnte es sogar gelingen, auch die Rotation des Objektes zu messen.

Schematische Darstellung der Zentralquelle unserer Milchstraße mit Material in einer sogenannten Akkretionsscheibe, das auf spiralförmigen Bahnen in das zentrale Schwarze Loch eingesogen wird. Dabei wird Energie in Form von zwei fast lichtschnellen Materiestrahlen oder Jets senkrecht zur Akkretionsscheibe freigesetzt. Foto: NASA / CXC / M.Weiss

Die Astronomen haben durch eine interferometrische Zusammenschaltung von Radioteleskopen in Hawaii, Arizona und Kalifornien ein virtuelles Radioteleskop von 4.500 Kilometern Durchmesser erzeugt, mit dem ein mehr als 1.000-mal schärferer Blick im Radiowellenbereich möglich ist, als mit dem Hubble Weltraumteleskop im sichtbaren Licht. Ziel der Beobachtungen war die kompakte Radioquelle im Zentralbereich unserer Milchstraße, die unter dem Namen Sagittarius A* bekannt ist. Seit längerem wird angenommen, dass sich an der Position dieser Quelle ein sehr massereiches Schwarzes Loch befindet, das rund vier Millionen mal schwerer als die Sonne ist.

Obwohl Sagittarius A* bereits vor über drei Jahrzehnten entdeckt wurde, wird erst durch die aktuellen Messungen eine Winkelauflösung (oder Fähigkeit, extrem feine Details zu beobachten) erreicht, die es ermöglicht, den "Ereignishorizont" des Schwarzen Lochs zu kartieren, also die Region, die als Grenze zwischen dem Inneren des Schwarzen Loches und der Außenwelt gilt.

Das Konzept eines "Schwarzen Lochs", eines Objekts mit derart hoher Dichte, dass seiner Schwerkraft selbst das Licht nicht mehr entrinnen kann, gibt es als Hypothese schon recht lange. Aber die tatsächliche Existenz von Schwarzen Löchern ist nach wie vor noch nicht eindeutig bestätigt, obwohl sie inzwischen als äußerst wahrscheinlich gilt.

Die Astronomen untersuchen (Kandidaten für) Schwarze Löcher durch die Beobachtung von Strahlung, die bei der Aufheizung von Materie während ihrer Annäherung an das alles aufsaugende Schwarze Loch, bzw. seinem Materiestrudel und Ereignishorizont entsteht. Durch die Vermessung der Ausdehnung dieser strahlenden Region im Zentrum unserer Milchstraße konnte die bis jetzt höchste Materiedichte im Zentralbereich unserer Milchstraße abgeleitet werden.

Dies sind "wichtige neue Messdaten, die die These der Existenz von riesigen Schwarzen Löchern im Zentrum von allen Galaxien weiter untermauert", sagt Sheperd Doeleman vom Massachusetts Institute of Technology (MIT), der Erstautor der Fachveröffentlichung, die heute in der Zeitschrift Nature erscheint. "Diese Beobachtungstechnik ermöglicht uns einen bisher einmaligen Blick in den Bereich des zentralen Schwarzen Lochs unserer Milchstraße. Die neuen Daten erreichen eine Auflösung, die ausreichend wäre, von der Erde aus einen Tennisball auf der Oberfläche des Mondes zu sehen."

Der Schlüssel zu solch hochauflösenden Beobachtungen ist eine besondere Technik, die als Very Long Baseline Interferometry (Interferometrie mit weit voneinander entfernten Teleskopen), kurz VLBI bezeichnet wird. Dabei wird die von dem kosmischen Objekt ausgesandte Radiostrahlung gleichzeitig an mehreren Radioteleskopen, die über Tausende von Kilometern voneinander getrennt sein können, empfangen und aufgezeichnet. Die Signale der einzelnen Teleskope werden im Computer so miteinander verbunden, dass dadurch ein virtuelles Teleskop entsteht, dessen Winkelauflösung (oder Trennschärfe) der eines Riesenteleskops von der Größe des Abstands zwischen den am weitesten voneinander entfernten Teleskopen entspricht.

So können mit der VLBI-Technik erstaunlich feine Details in den beobachteten kosmischen Objekten erkannt werden. Die neuen Beobachtungen wurden bei sehr kurzen Radiowellenlängen von nur 1,3 mm (entsprechend einer Frequenz von 230 GHz) durchgeführt, hochfrequente Radiowellen, die das stark turbulente interstellare Gas durchdringen können. Wie ein fernes Licht, das man durch dichten Nebel sieht, werden Strukturen bei längeren Wellenlängen abgeschwächt und erscheinen verschmiert und unscharf.

"Die Kombination aus Beobachtungen bei kurzen Millimeter-Wellenlängen, in Verbindung mit großen Abständen zwischen den Teleskopen liefert nun ein einzigartiges Messinstrument, das die detaillierte Untersuchung des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße erlaubt", sagt Lucy Ziurys, Direktorin des Arizona Radio Observatory und Ko-Autorin dieser Veröffentlichung.

Obwohl das Licht mehr als 25.000 Jahre vom Zentrum der Milchstraße bis zur Erde benötigt, haben die beteiligten Forscher die Größe von Sagittarius A* bis auf einen Durchmesser von nur einem Drittel des Abstands Erde-Sonne genau bestimmen können - eine Strecke, für die das Licht nur drei Minuten braucht. Aus den Messergebnissen schließen die Astronomen, dass die Quelle der ausgesandten Radiostrahlung extrem klein ist, und entweder aus der um das Schwarze Loch strudelnden Materiescheibe (einer sogenannten Akkretionsscheibe) stammt, oder zu einem Hochgeschwindigkeits-Materiestrahl (Jet) gehört, der durch das (rotierende) Schwarze Loch erzeugt wird.

"Zukünftige Beobachtungen mit sogar noch größeren virtuellen Radioteleskopen werden es uns bald ermöglichen, genau zu bestimmen, auf welche Weise die Strahlung von Sagittarius A* erzeugt wird", sagt Doeleman. "Bei den meisten weit entfernten Galaxien dürften wir Schwarze Löcher im Zentrum finden, aber nur Sagittarius A* im Zentrum unserer Milchstraße ist so nahe, dass wir beobachten können, was sich direkt am Ereignishorizont abspielt."

"Die vorliegende Arbeit zeigt, dass erfolgreiche VLBI Messungen jetzt auch im kurzen Millimeterwellenlängenbereich möglich sind. Das eröffnet fantastische Möglichkeiten, Radiobilder mit millionenfacher Vergrößerung von den massereichen Schwarzen Löchern in den Kernen der nächsten Galaxien zu erzeugen", blickt Thomas Krichbaum vom MPIfR, Teammitglied und Ko-Autor der Untersuchung, in die Zukunft. "Zum ersten Mal konnten wir sogar Strukturen im Inneren der Akkretionsscheibe messen, die kleiner als die Scheibe selbst sind. In naher Zukunft sollte es uns möglich sein, die Rotation des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße zu bestimmen und damit Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie auch im Falle extrem großer Massen zu überprüfen."