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ALMA
Heiße Gasblase auf Bahn um das Schwarze Loch der Milchstraße entdeckt
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
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23. September 2022

Astronominnen und Astronomen haben mit dem Radioteleskopverbund ALMA die unmittelbare Umgebung von Sagittarius A*, dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße, untersucht und dabei Anzeichen für einen "Hot Spot" entdeckt, der die zentrale Quelle in einer sehr engen Umlaufbahn umkreist und nur etwa 70 Minuten für eine Umrundung benötigt.

Sagittarius A*

Bild von Sagittarius A*, das die EHT-Kollaboration im Mai 2022 veröffentlicht hat. Darin eingetragen ist, wo sich nach der Modellierung der ALMA-Daten der heiße Fleck befinden sollte und in welcher Entfernung er um das Schwarze Loch kreist. Bild: EHT-Kollaboration, ESO/M. Kornmesser (Acknowledgment: M. Wielgus)  [Großansicht]

Mithilfe des in über 5000 Meter Höhe in Chile gelegenen Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) haben Astronominnen und Astronomen Anzeichen für einen "Hot Spot" entdeckt, der Sagittarius A*, das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße, umkreist. Die Entdeckung hilft, die komplexe und dynamische Umgebung dieses supermassereichen Schwarzen Lochs besser zu verstehen.

"Wir vermuten, dass wir es mit einer heißen Gasblase zu tun haben, die Sagittarius A* auf einer Bahn umkreist, die ähnlich groß ist wie die des Planeten Merkur, aber in nur etwa 70 Minuten eine volle Umkreisung vollzieht. Dies erfordert eine unglaubliche Geschwindigkeit von etwa 30 % der Lichtgeschwindigkeit", sagt Maciek Wielgus vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, der die jetzt veröffentlichte Studie geleitet hat.

Die Beobachtungen erfolgten mit ALMA in den chilenischen Anden – einem Radioteleskop, das von der europäischen Südsternwarte ESO mitgetragen wird – und zwar gleichzeitig mit einer Beobachtungskampagne der Event-Horizon-Teleskop- (EHT) Kollaboration zur Abbildung Schwarzer Löcher. Im April 2017 kombinierte das EHT acht bestehende Radioteleskope auf der ganzen Welt, darunter ALMA, was zu dem kürzlich veröffentlichten ersten Bild von Sagittarius A* führte (astronews.com berichtete). Für die Kalibrierung der EHT-Daten verwendeten Wielgus und seine Arbeitsgruppe, die Mitglieder der EHT-Kollaboration sind, ALMA-Daten, die parallel zu den EHT-Beobachtungen von Sagittarius A* aufgezeichnet wurden.

Zur Überraschung des Teams fanden sich in den ALMA-Messungen weitere Hinweise auf die Natur des Schwarzen Lochs. Einige der Beobachtungen wurden zufällig kurz nach einem Ausbruch bzw. Flare von Röntgenenergie aus dem Zentrum unserer Galaxie durchgeführt, der vom NASA-Weltraumteleskop Chandra entdeckt wurde. Diese Art von Ausbrüchen, die zuvor mit Röntgen- und Infrarotteleskopen beobachtet wurden, stehen vermutlich mit sogenannten "Hot Spots" in Verbindung, heißen Gasblasen, die sehr schnell und nahe am Schwarzen Loch kreisen.

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"Das wirklich Neue und Interessante ist, dass solche Flares bisher nur in Röntgen- und Infrarotbeobachtungen von Sagittarius A* deutlich zu sehen waren. Hier sehen wir zum ersten Mal einen sehr starken Hinweis darauf, dass umlaufende Hot Spots auch in Radiobeobachtungen vorhanden sind", sagt Wielgus, der auch am Nicolaus Copernicus Astronomical Centre in Polen sowie in der Black Hole Initiative der Harvard University tätig ist. "Vielleicht sind diese bei Infrarotwellenlängen entdeckten Hot Spots eine Erscheinung desselben physikalischen Phänomens: Wenn sich die im Infraroten strahlenden Hot Spots abkühlen, werden sie bei längeren Wellenlängen sichtbar, wie die, die von ALMA und dem EHT beobachtet werden2, fügt Jesse Vos, Doktorand an der Radboud-Universität in den Niederlanden, hinzu, der ebenfalls an dieser Studie beteiligt war.

Lange Zeit ging man davon aus, dass die Flares durch magnetische Wechselwirkungen in dem sehr heißen Gas entstehen, das in unmittelbarer Nähe von Sagittarius A* kreist. Die neuen Ergebnisse stützen diese Idee. "Jetzt finden wir starke Hinweise auf einen magnetischen Ursprung dieser Flares, und unsere Beobachtungen geben uns einen Hinweis auf die Geometrie des Prozesses. Die neuen Daten sind äußerst hilfreich für die Formulierung einer theoretischen Interpretation dieser Ereignisse", sagt Mitautorin Monika Mościbrodzka, ebenfalls von der Radboud-Universität.

ALMA ermöglicht es den Astronomen und Astronominnen, die polarisierte Radioemission von Sagittarius A* zu untersuchen, die dazu verwendet werden kann, das Magnetfeld des Schwarzen Lochs zu identifizieren. Das Team nutzte diese Beobachtungen zusammen mit theoretischen Modellen, um mehr über die Entstehung des Hot Spots und die Umgebung, in die er eingebettet ist, zu erfahren, einschließlich des Magnetfelds um Sagittarius A*. Ihre Untersuchungen liefern stärkere Anhaltspunkte für die Form dieses Magnetfelds als frühere Beobachtungen und helfen den Forschenden, die Natur unseres Schwarzen Lochs und seiner Umgebung zu entschlüsseln.

Die Beobachtungen bestätigen einige der früheren Entdeckungen, die mit dem GRAVITY-Instrument am Very Large Telescope der ESO gemacht wurden, das im Infraroten beobachtet. Die Daten von GRAVITY und ALMA deuten beide darauf hin, dass der Strahlungsausbruch in einem Gasklumpen entsteht, der mit etwa 30 % der Lichtgeschwindigkeit im Uhrzeigersinn um das Schwarze Loch herumwirbelt, wobei dessen Umlaufbahn nahezu von oben erscheint.

"In Zukunft sollten wir in der Lage sein, Hot Spots durch koordinierte Multiwellenlängenbeobachtungen mit GRAVITY und ALMA über einen größeren Spektralbereich hinweg zu verfolgen – der Erfolg eines solchen Unterfangens wäre ein echter Meilenstein für unser Verständnis der Physik von Flares im galaktischen Zentrum", sagt Ivan Marti-Vidal von der Universität Valencia in Spanien, Mitautor der Studie. Das Team hofft auch, mit dem EHT die umlaufenden Gasklumpen direkt beobachten zu können, um noch näher an das Schwarze Loch heranzukommen und mehr darüber zu erfahren.

"Hoffentlich können wir eines Tages sagen, dass wir wirklich verstehen, was in Sagittarius A* vor sich geht", so Wielgus. "Diese neuen Ergebnisse belegen eindrucksvoll, dass die am MPIfR und anderen Instituten durchgeführten Weiterentwicklungen am ALMA-Teleskop für die Bildgebung mit dem EHT auch Erkenntnisse über die Variabilität solcher Quellen auf Skalen ermöglichen, die so bisher nicht möglich waren", schließt Anton Zensus, Direktor und Leiter der Forschungsabteilung "Radioastronomie / VLBI" am MPIfR.

Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Astronomy & Astrophyscis erschienen ist.

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siehe auch
Milchstraße: Der erste Blick auf Sagittarius A* - 12. Mai 2022
Links im WWW
Wielgus, M. et al. (2022): Orbital motion near Sagittarius A* – Constraints from polarimetric ALMA observations, Astronomy & Astrophysics, 665, L6
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
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