Quelle: Universität zu Köln 18. Juli 2024.

18. Juli 2024 – Ein internationales Team von Forscher*innen unter Leitung von PD Dr. Florian Peißker hat einen Sternenhaufen in direkter Umgebung des supermassiven Schwarzen Lochs SgrA* (Sagittarius A Stern) im Zentrum unserer Galaxie untersucht und Anzeichen für ein weiteres, mittelschweres Schwarzes Loch gefunden. In unserem ganzen Universum sind trotz enormer Anstrengungen der Forschung bisher nur ungefähr zehn dieser mittelschweren Schwarzen Löcher gefunden worden. Wissenschaftler*innen nehmen an, dass sie sich schon kurz nach dem Urknall gebildet haben und durch Verschmelzung als „Samen“ für supermassive Schwarze Löcher fungieren. Die Studie wurde unter dem Titel „The Evaporating Massive Embedded Stellar Cluster IRS 13 Close to Sgr A*. II. Kinematic structure“ im Fachjournal The Astrophysical Journal veröffentlicht.

Der untersuchte Sternenhaufen namens IRS 13 liegt in einer Entfernung von 0,1 Lichtjahren vom Zentrum unserer Galaxie. Für astronomische Verhältnisse ist dies sehr nah, allerdings müsste man unser Sonnensystem dennoch zwanzig Mal von einem Ende zum anderen bereisen, um diese Strecke zurückzulegen. Den Forscher*innen ist aufgefallen, dass die Sterne, die in IRS 13 enthalten sind, sich unerwartet geordnet bewegen. Eigentlich hätten die Forscher*innen eine zufällige Anordnung der Sterne erwartet. Die geordnete Bewegung lässt zwei Schlüsse zu: Zum einen scheint IRS 13 mit SgrA* zu interagieren, was zu der geordneten Bewegung der Sterne führt. Zum anderen muss es etwas innerhalb des Sternenhaufens geben, damit dieser seine beobachtete kompakte Form behalten kann.

Multiwellenlängenbeobachtungen mit dem Very Large Telescope sowie den Teleskopen ALMA und Chandra deuten nun darauf hin, dass der Grund für die kompakte Form von IRS 13 ein mittelschweres Schwarzes Loch sein könnte, welches sich im Zentrum des Sternenhaufens befindet. Dafür würde sprechen, dass die Forscher*innen charakteristische Röntgenstrahlung sowie ionisiertes Gas beobachten konnten, das mit einer Geschwindigkeit von mehreren 100 km/s in Form eines Rings um die vermutete Position des mittelschweren Schwarzen Lochs rotiert.

Ein weiteres Indiz für die Anwesenheit eines mittelschweren Schwarzen Lochs ist die ungewöhnlich hohe Dichte des Sternenhaufens, die höher ist als jede andere bekannte Dichte eines Sternenhaufens in unserer Milchstraße. „Es scheint sich bei IRS 13 möglicherweise um einen essentiellen Baustein für das Wachstum unseres zentralen Schwarzen Lochs SgrA* zu handeln“, so Florian Peißker, Erstautor der Studie. „Dieser faszinierende Sternenhaufen überrascht die wissenschaftliche Community immer wieder, seitdem er vor rund zwanzig Jahren entdeckt wurde. Zunächst dachte man, dass es sich um einen ungewöhnlich schweren Stern handelt. Mit den hochaufgelösten Daten können wir nun aber die bausteinartige Zusammensetzung mit einen mittelschweren Schwarzen Loch im Zentrum belegen.“ Geplante Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop sowie dem sich im Bau befindenden Extremely Large Telescope werden weitere Einblicke in die Vorgänge innerhalb des Sternenhaufens liefern.

Originalpublikation:
doi.org/10.3847/1538-4357/ad4098
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad4098
pdf: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad4098/pdf

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Quelle: Universität zu Köln 10. Oktober 2023.

10. Oktober 2023 – Ein internationales Team um Dr. Florian Peißker vom Institut für Astrophysik der Universität zu Köln hat einen jungen Sternhaufen in der direkter Umgebung des supermassiven Schwarzen Lochs SagittariusA* (SgrA*) im Zentrum unserer Galaxie im Detail analysiert und gezeigt, dass er deutlich jünger ist als erwartet. Dieser Sternhaufen, bekannt als IRS13, wurde zwar bereits vor über zwanzig Jahren entdeckt, aber erst jetzt ist es durch die Kombination verschiedenster Daten – aufgenommen mit einer Vielzahl von Teleskopen über einen Zeitraum mehrerer Dekaden – gelungen, die Sternhaufenmitglieder im Detail zu bestimmen.

Die Sterne sind einige 100.000 Jahre alt und damit für stellare Verhältnisse außerordentlich jung. Zum Vergleich: unsere Sonne ist ca. 5 Milliarden Jahre alt. Eigentlich sollte es aufgrund der hochenergetischen Strahlung wie auch der Gezeitenkräfte der Galaxie nicht möglich sein, dass sich eine derart große Anzahl so junger Sterne in der direkten Umgebung zum supermassiven Schwarzen Loch befindet. Die Studie wurde unter dem Titel „The Evaporating Massive Embedded Stellar Cluster IRS 13 Close to Sgr A*. I. Detection of a Rich Population of Dusty Objects in the IRS13 Cluster“ im Fachjournal The Astrophysical Journal veröffentlicht.

In Zusammenhang mit der aktuellen Studie wurde zudem ein weiteres herausragendes Ergebnis publiziert. Zum ersten Mal wurde mit dem James Webb-Weltraumteleskop (JWST) ein Spektrum, frei von atmosphärischer Störung, vom galaktischen Zentrum aufgenommen. Ein Prisma an Bord des Teleskops wurde am Institut für Astrophysik in der Arbeitsgruppe um Professor Dr. Andreas Eckart, einem Koauthor der Publikation, entwickelt. Das nun vorliegende Spektrum zeigt, dass sich im galaktischen Zentrum Wassereis befindet. Dieses Wassereis, welches sich häufig in den staubigen Scheiben um sehr junge stellare Objekte befindet, ist ein weiterer unabhängiger Indikator für das junge Alter einiger Sterne nahe des Schwarzen Lochs.

Neben dem unerwarteten Nachweis von jungen Sternen und Wassereis durch das JWST haben die Forscher*innen um Dr. Peißker auch festgestellt, dass IRS13 eine turbulente Entstehungsgeschichte hinter sich hat. Die Studienergebnisse deuten darauf hin, dass IRS13 durch Reibung mit dem interstellaren Medium, Kollisionen mit anderen Sternhaufen oder interner Prozesse in Richtung des supermassiven Schwarzen Lochs wanderte. Ab einer gewissen Entfernung wurde der Sternhaufen dann von der Gravitation des Schwarzen Lochs „eingefangen“. Bei diesem Prozess könnte sich an der Spitze des Sternhaufens eine Bugstoßwelle aus dem Staub gebildet haben, der den Haufen umgibt – ähnlich wie bei der Spitze eines Schiffs im Wasser. Die damit verbundene Dichtezunahme des Staubs regte daraufhin weitere Sternentstehung an. Dies ist eine Erklärung, warum diese jungen Sterne vor allem in der Spitze bzw. Front des Sternhaufens zu finden sind.

„Die Analyse von IRS13 sowie die damit einhergehende Interpretation des Sternhaufens ist der erster Versuch, ein Jahrzehnte altes Rätsel über die unerwartet jungen Sterne im galaktischen Zentrum zu lüften“, so Dr. Peißker. „Denn neben IRS13 gibt es einen Sternhaufen, den sogenannten S-cluster, der sich noch näher am Schwarzen Loch befindet und ebenfalls aus jungen Sternen besteht. Sie sind ebenfalls deutlich jünger als es nach akzeptierten Theorien möglich wäre.“

Die gewonnen Erkenntnisse über IRS13 bieten in weiterer Forschungsarbeit die Gelegenheit, eine Verbindung zwischen der direkten Umgebung des Schwarzen Lochs und Regionen in mehreren Lichtjahren Entfernung herzustellen. Dr. Michal Zajaček, Zweitautor der Studie und Wissenschaftler an der Masaryk-Universität in Brünn (Tschechien), fügt hinzu: „Der Sternhaufen IRS13 scheint der Schlüssel zu sein, um den Ursprung der dichten Sternpopulation im Zentrum unserer Galaxie zu enträtseln. Wir haben umfangreiche Beweise dafür gesammelt, dass sehr junge Sterne in der Reichweite des supermassereichen Schwarzen Lochs in Sternenhaufen wie IRS13 entstanden sein könnten. Dies ist auch das erste Mal, dass wir Sternpopulationen unterschiedlichen Alters – heiße Hauptreihensterne und noch junge entstehende Sterne – in dem Haufen so nahe am Zentrum der Milchstraße unterscheiden können.“

Publikation:
DOI 10.3847/1538-4357/acf6b5
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acf6b5
pdf: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acf6b5/pdf

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