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. Dezember 2021 – Eine vermeintliche Gas- und Staubwolke im Zentrum unserer Galaxie besteht eigentlich aus drei besonders jungen Sternen. Das zeigt eine neue Studie unter Leitung von Wissenschaftler*innen des I. Physikalischen Instituts der Universität zu Köln. Die Daten dazu lieferte das Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte – ein Teleskop mit Spiegel-Durchmessern von 8,20 Metern auf dem Gipfel des Cerro Paranal in Chile. Die Sterne entstanden vor weniger als 1 Millionen Jahren, was astrophysikalisch sehr jung ist. Zum Vergleich: Unsere Sonne ist knapp 5 Milliarden Jahre alt. Die Studie ist in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal erschienen.

Bereits 2011 wurde in den Infrarotdaten des Very Large Telescope ein Objekt gefunden, welches versprach, einen nie dagewesenen Vorgang im Zentrum unserer Galaxie zu beobachten. Basierend auf einer Multi-Wellenlängenanalyse stellten Wissenschaftler*innen fest, dass es sich bei dem Gebilde um eine Gas- und Staubwolke handeln müsse. Die Staubwolke bekam den Namen G2. Durch die Interaktion mit dem Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxie, SgrA*, hätte G2 zerrissen werden und ein sprichwörtliches Feuerwerk verursachen müssen. Die Forscher*innen nahmen an, dass beim Aufeinandertreffen von G2 mit SgrA verschiedene Prozesse dazu führen würden, dass das Gas und der Staub das schwarze Loch zum Aufflammen bringen. Allein, das Feuerwerk blieb aus.

Zudem gab es weitere Faktoren, die Astronom*innen weltweit Kopfzerbrechen bereiteten und kontroverse Diskussionen befeuerten. So haben Studien ergeben, dass die Temperatur von G2 fast doppelt so hoch ist wie die von umliegenden Staubquellen. Eine mögliche Erklärung der Temperatur von G2 wäre die extreme Anzahl von Sternen im Zentrum unserer Galaxie. So könnten diese Sterne G2 aufgeheizt haben. Nur stellt sich die Frage, warum alle anderen bekannten Staubquellen im Galaktischen Zentrum eine viel geringere Temperatur zeigen. Auch schied das Schwarze Loch, SgrA*, als Hitzequelle aus. Denn wie bei einer Heizung, der man sich nähert, hätte die Temperatur von G2 steigen müssen, je näher die vermeintliche Staubwolke dem schwarzen Loch kommt. Die Temperatur blieb allerdings über einen langen Zeitraum konstant, obwohl die Distanz zum Schwarzen Loch variierte. Je intensiver G2 weltweit beobachtet wurde, desto mehr stellte sich heraus, dass das kosmische Objekt mehr sein musste als nur eine Gas- und Staubwolke.

Die neuen Ergebnisse zeigten, dass es sich bei G2 um drei einzelne Sterne handelt. „Wir hatten die Möglichkeit, selbst mehrere Male das Zentrum unserer Galaxie mit dem Very Large Telescope zu observieren. Zusammen mit den Daten aus dem Südsternwarten-Archiv konnten wir einen Zeitraum von 2005 bis 2019 abdecken“, erklärt Dr. Florian Peißker vom I. Physikalischen Institut und Erstautor der neuen Studie. Auch war die außergewöhnliche Struktur der Daten hilfreich um G2 zu finden. So hat jeder Pixel des aufgenommenen Bildes ein dazugehöriges Spektrum, welches einen ganz bestimmten und sehr detaillierten Wellenbereich abdeckt. Für die Wissenschaftler*innen bietet dies eine enorme Detailgenauigkeit. „Die reine Tatsache, dass es sich bei G2 um drei entwickelnde junge Sterne handelt, ist sensationell. Noch nie wurden Sterne um SgrA* observiert, die jünger waren als die gefundenen“, so Peißker.

Die Ergebnisse öffnen die Tür für viele weitere spannende Fragen. Zum Beispiel, woher diese jungen Sterne kommen. So ist die strahlungsintensive Umgebung eines supermassiven schwarzen Lochs nicht unbedingt der beste Ort, um junge Sterne zu produzieren. Peißker schlussfolgert: „Die neuen Ergebnisse liefern einzigartige Einblicke in die Wirkungsweise von Schwarzen Löchern. Wir können daher die Umgebung von SgrA* als Blaupause benutzen, um mehr über die Entwicklung und Abläufe von anderen Galaxien in ganz anderen Ecken unseres Universums zu lernen.“

Publikation:
https://arxiv.org/pdf/2112.04543
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac23df

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