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Infrarotastronomie: Ein heißer Hexenkessel im galaktischen Zentrum

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Das Umfeld des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße | Im Zentrum unserer Galaxis befindet sich ein Schwarzes Loch mit einer Masse von rund vier Millionen Sonnenmassen. Es ist umgeben von einer Gasscheibe (in dieser künstlerischen Darstellung orange), die sich bis in eine Entfernung von 15 Lichtjahren erstreckt. In ihrer Mitte liegt die zentrale Aushöhlung, in der sich warmer Staub und Gas befinden. Die Punkte sind Sterne, die das zentrale Schwarze Loch umkreisen.
In unmittelbarer Nähe zum massereichen Schwarzen Loch im Zentrum unseres Milchstraßensystems konnten Astronomen um Javier R. Goicoechea vom Centro de Astrobiología in Spanien mit dem Weltraumteleskop Herschel heißes molekulares Gas beobachten. Es umkreist das Schwarze Loch auf engen Bahnen. Im sichtbaren Licht wird uns durch dichte Staubwolken jeglicher Blick auf das im Sternbild Schütze befindliche galaktische Zentrum verwehrt. Im Infraroten hingegen sind diese Wolken transparent. Durch seine relative Nähe von rund 26 000 Lichtjahren ist das Zentrum unseres Milchstraßensystem ein ideales Labor zur Untersuchung der Vorgänge in aktiven Galaxien, die sonst viel weiter von uns entfernt sind. Hier lassen sich zahlreiche der dort ablaufenden Prozesse in hoher räumlicher Auflösung beobachten.

Die Beobachtungen mit Herschel konzentrieren sich auf die innersten drei Lichtjahre um das galaktische Zentrum, das nach einer im Radiowellenbereich beobachteten Quelle die Bezeichnung Sagittarius A* (Sgr A*, gesprochen: Sagittarius A Stern) trägt. Dieser Bereich ist weiter außen von einer dichten Scheibe aus molekularem Gas umgeben, deren innerer Radius 5 Lichtjahre, und deren äußerer Radius 15 Lichjahre beträgt. Das jetzt beobachtete Gas befindet sich innerhalb des freien Bereichs mit zehn Lichtjahren Durchmesser, der so genannten zentralen Aushöhlung. In diesem Gas konnten die Astronomen mit Herschel unter anderem die Molekülbanden von Kohlenmonoxid (CO), Wasser (H2O), Blausäure (HCN), Flusssäure (HF) und Amid (NH) nachweisen. Auch gelang es, die Temperatur des Gasgemischs zu bestimmen: Sie liegt bei erstaunlich hohen 1000 Grad Celsius. Normale interstellare Wolken weisen dagegen Temperaturen von wenigen Grad über dem absoluten Nullpunkt (–273 Grad Celsius) auf.

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Moleküle im Umfeld des zentralen Schwarzen Lochs | Mit dem Weltraumteleskop Herschel wurde die Zusammensetzung von heißem Gas im Umfeld des zentralen Schwarzen Lochs in unserem Milchstraßensystem untersucht. Links ist eine Karte im Radiowellenbereich zu sehen, in der das untersuchte Gebiet markiert ist. Das rechte Teilbild zeigt ein mit Herschel aufgenommenes Spektrum. Unter anderem stießen die Astronomen auf die Banden von Wasser (H2O), Kohlenmonoxid (CO), Flusssäure (HF) und Blausäure (HCN).
Ein Teil dieser Wärme stammt von heißen massereichen Sternen eines eng benachbarten Sternhaufens, die große Mengen an ultravioletter Strahlung freisetzen. Sie wird vom Gas absorbiert und in Form von infrarotem Licht wieder abgegeben. Allerdings reicht diese Heizung nicht aus, die beobachteten Temperaturen zu erzeugen. Daher vermuten die Forscher um Goicoechea, dass sich Stoßwellen in diesen Gasmassen ausbreiten. Sie entstehen in ionisiertem und dabei stark magnetisiertem Gas. Verursacht werden solche Stoßwellen unter anderem durch Kollisionen von zwei Gaswolken oder durch starke Sternwinde massereicher Sterne.

Derzeit ist das unmittelbare Umfeld von Sgr A* eher ruhig und zeigt kaum Aktivität im infraroten Licht oder im Röntgen- oder Gammastrahlenbereich. Dies könnte sich jedoch bald ändern, denn bei weiteren Beobachtungen stießen andere Astronomen auf eine dichte kompakte Gaswolke mit einer Masse von mehreren Erdmassen, die sich auf das Schwarze Loch hin zubewegt. Sie ist ihm bereits sehr viel näher als das jetzt mit Herschel untersuchte Gas. Die Astronomen rechnen damit, dass es im Lauf dieses Jahres in das Schwarze Loch strömt. Sie erwarten dann ein Aufflackern vor allem im energiereichen Röntgen- und Gammalicht. Unter anderem halten sich daher die Weltraumobservatorien XMM-Newton und Integral bereit, die Vorgänge zu beobachten. Herschel kann leider nicht mehr mitmachen, denn Ende April 2013 ging ihm das für den Betrieb notwendige Kühlmittel aus, wodurch sein Infarotauge erblindete.

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