- Astronomie im Berchtesgadener Land -

Monatsthema Oktober 2012: "Das Zentrum der Milchstraße"

Im ersten Teil haben Sie einen allgemeinen Überblick über unsere Milchstraße bekommen, jetzt werden Ihnen die neuesten Erkenntnisse zu ihrem inneren Bereich näher gebracht.

Zum Mittelpunkt hin verdickt sich die Scheibe der Milchstraße zu einer kugelförmigen Aufwölbung, dem Kern (bulge) mit einem Durchmesser von ca. 16.000 Lichtjahren (LJ) und fast gleicher Dicke, während die Scheibe nur eine Dicke von ca. 3.200 LJ hat. Die Massedichte nimmt zum Zentrum hin immer mehr zu. In einem kugelförmigen Bereich von 500 LJ um das Zentrum befinden sich 10 Milliarden Sonnenmassen.

Das Zentrum der Milchstraße liegt in einer Entfernung von etwa 26.000 LJ von uns aus gesehen im Sternbild des Schützen, ist aber hinter dunklen Gas- und Staubwolken interstellarer Materie verborgen. Es entzieht sich dadurch unserer direkten optischen Beobachtung, denn in diesem Spektralbereich wird die elektromagnetische Strahlung um 30 Größenklassen abgeschwächt. Durch die Entwicklung der Astronomie in anderen Wellenbereichen gelang es seit den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts immer tiefer in das Zentrum einzudringen. Es begann mit den Radioteleskopen, mit deren Hilfe man bei einer Wellenlänge von 21cm im Zentrum die starke Radioquelle Sagittarius A* (Sgr A*) entdeckte. Die Auflösung der Radioteleskope ist trotz ihrer Größe gering, durch kontinentübergreifendes Zusammenschalten (Radiointerferometrie) erreicht man aber inzwischen eine Auflösung im Millisekundenbereich, eine Auflösung, die alle anderen Wellenbereiche übertrifft. Die Untersuchungen des Zentrums der Milchstrasse werden inzwischen auch im Infraroten und im Röntgenbereich durchgeführt und haben zu einer Reihe erstaunlicher Ergebnisse geführt.

Die zentrale Radioquelle Sgr A* ist eingebettet in eine spiralförmige Radioquelle Sagittarius A West, die aus ionisiertem Gas besteht und eine Ausdehnung von 6,5 LJ hat.

Zentrum der Milchstraße mit dem Yepun-Teleskop und einem künstlichen Stern zur Unterdrückung der Luftunruhe.
(Aufnahme: ESO, Paranal)
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Man hat inzwischen auch herausgefunden, dass sich in einem Radius von einem halben Lichtjahr um dieses Zentrum eine Gruppe von Sternen bewegt, welche eine Umlaufzeit von etwa 100 Jahren hat. Im Zentrum selbst ist ein supermassives Schwarzes Loch Sgr A*, das nach den neuesten Ergebnissen der ESO aus Beobachtungen mit dem VLT auf dem Berg Paranal unter Verwendung adaptiver Optik 4,31 Millionen Sonnenmassen hat. Das Schwarze Loch selbst kann nicht beobachtet werden, da durch seine große Gravitation keine Strahlung von ihm ausgeht. Nach Modellrechnungen sollte es einen Durchmesser von 14 Millionen Kilometern haben und eine derartige Massenkonzentration auf kleinem Raum ist nach den heutigen physikalischen Vorstellungen nur durch ein Schwarzes Loch erklärbar. Um diesen Ereignishorizont liegt eine etwa 300 Millionen Kilometer große aktive Hülle, die intensive Strahlung im Radiobereich aussendet. Sie hat eine Temperatur von mehreren hundert Millionen Grad.

Innerhalb einer Bogensekunde um das galaktische Zentrum hat man die Bahnen von 28 Sternen bestimmen können. Bei all diesen Sternen ist das Schwarze Loch Sgr A* in einem Brennpunkt der Umlaufbahn. Besonders genau kennt man den Stern S 2, da seine Umlaufperiode nur etwas mehr als 15 Jahre beträgt und seine Bahn deswegen schon fast ganz beobachtet werden konnte. Er nähert sich Sgr A* bis auf 26 Milliarden Kilometer, das ist nur ein Lichttag.

Infrarot-Aufnahme des zentralen Teils des Kerns mit den Bahnen der nächsten Sterne.
(Aufnahme: Keck-Observatorium, Mauna Kea)
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Sgr A* wird in einer Entfernung von drei Lichtjahren von einem kleineren Schwarzen Loch IRS 13 von 1.300 Sonnenmassen umkreist, das zu einer Gruppe von sieben Sternen gehört, die das Zentrum der Milchstrasse mit der hohen Geschwindigkeit von 280 Kilometern pro Sekunde umrunden.

Ungesichert ist noch, ob es sich bei Sgr A* um ein statisches (also nicht rotierendes) oder um ein dynamisches Schwarzes Loch handelt. Man hat häufige Infrarotblitze (Flares) registriert, die aus der Zentralregion nahe des Schwarzen Lochs kommen. Aber es gibt verschiedene mögliche Erklärungen für diese Flares. Mit einer gewissen Regelmäßigkeit tritt ein helles Flare pro Nacht auf. Dabei wird die Strahlung der Umgebung des Schwarzen Lochs um den Faktor 40 gesteigert. Dies könnte ein Zeichen dafür sein, dass die Umgebung um den Ereignishorizont rotiert. Aber es gibt auch andere Interpretationen. Von den vielen Sternen in der Nähe des Zentrums ist bekannt, dass sich ihr Periastron (der nächste Punkt ihrer Bahnellipse) bewegt. Wenn nun so ein Stern eine gewisse Entfernung zum Schwarzen Loch unterschreitet, so wird er durch die auf ihn wirkende Gravitation zerrissen und die Bruchstücke können bei ihrem späteren Eintreten in das Schwarze Loch auch solche Leuchterscheinungen verursachen.

Rätselhaft ist auch, warum man im zentralen Bereich kaum ältere Sterne gefunden hat. In der Milchstraße überwiegen ältere Sterne, die eher lichtschwach sind. Solche hatte man auch im Zentrum erwartet. Mit den verbesserten Beobachtungsmöglichkeiten hat man aber festgestellt, dass dem nicht so ist. Man fand dagegen Dutzende von jungen, hellen, blauen Riesensternen, deren blaues Licht die Gas- und Staubwolken durchdringt.

Die Untersuchung des Zentrums der Milchstraße stellt auch ein hervorragendes Feld zur Überprüfung der Effekte der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) von Albert Einstein dar. Viele der gefundenen Effekte lassen sich nur mit ihr erklären und bisher hat man noch keine Beobachtungen gemacht, die ihr widersprechen. Man hofft in den nächsten Jahren durch eine weitere Verfeinerung der Messmethoden Ergebnisse zu erzielen, die zeigen, ob sich die ART auch für Effekte bestätigen lässt, wie sie nur unter den extremen Bedingungen der allernächsten Umgebung des zentralen Schwarzen Lochs auftreten.

Gerardo Inhester

Zum Sternenhimmel Oktober 2012

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