Milchstrasse: Halb so dick
Das Unsichtbare zu sehen, ist keine leichte Aufgabe. Dennoch versuchen sich Astronomen genau an diesem Kunststück. Und so gibt es immer wieder Neues zu berichten vom Zentrum der Milchstraße.
© NASA / CXC / MIT, Frederick K. Baganoff et al. (Ausschnitt)
Es geht um keine geringere Frage als die Suche nach dem, was die Welt zusammenhält. Genauer gesagt: der gewaltigen Massekonzentration im Zentrum unserer Galaxie, die verhindert, dass die Sterne der Milchstraße sich in die Weiten des Weltraums verteilen. Irgendetwas Geheimnisvolles muss sich dort befinden – dafür hat die Wissenschaft seit 1974 konkrete Hinweise. Damals wurde eine starke Quelle von Radiowellen im Sternbild Sagittarius (Schütze) ausgemacht, genau mittig der Galaxis. Unter der Bezeichnung Sgr A* stand das rätselhafte Objekt fortan im Fokus astronomischer Neugier.
Und die brachte schnelle Ergebnisse: Eine Masse, vier Millionen Mal so groß wie die der Sonne, ist dort auf einen Raum konzentriert, der sich nicht weiter erstreckt ist als die Umlaufbahn des Planeten Pluto. Eine unvorstellbare Dichte, für die es nach dem derzeitigen physikalischen Verständnis nur zwei mögliche Erklärungen gibt: Entweder ist es eine labile Häufung von Neutronensternen oder ein gigantisches Schwarzes Loch.
Beide Arten von Objekten gehen ursprünglich auf massereiche Sterne zurück, die am Ende ihres strahlenden Lebens unter der eigenen Gravitation kollabieren, bis sogar die Atomstruktur aufgelöst wird. Bei Neutronensternen endet alles in einem Körper, in dem Elektronen und Protonen zu Neutronen verschmolzen sind. Ist die Masse noch größer, geht der Kollaps weiter bis zu einem Schwarzen Loch, in dem es keine Materie einer uns geläufigen Form mehr gibt. Da der Gravitationssog eines solchen Objekts so groß ist, dass selbst elektromagnetische Strahlung ihm nicht entkommen kann, gaben Forscher ihm seinen vielsagenden Namen.
Für den Exoten im Zentrum der Galaxis favorisieren Astronomen die Annahme, dass ein extrem massereiches Schwarzes Loch dahinter steckt, das weit mehr als einen ehemaligen Stern umfasst. Eine Ansammlung von Neutronensternen könnte bei den vorherrschenden Bedingungen allenfalls einen astronomischen Wimpernschlag von einigen tausend Jahren stabil sein, bevor sich die Mitglieder zerstreuen oder schließlich doch zu einem Schwarzen Loch fusionieren. Dies galt vor allem in Hinsicht auf neuere Messungen, nach denen die Struktur offenbar noch kompakter ist, als zuvor angenommen wurde: Nicht mehr als den Durchmesser der Erdbahn sollte sie einnehmen.
Ein chinesisch-amerikanisches Team um Zhi-Qiang Shen vom Astronomischen Observatorium Schanghai hat nun die Grenzen noch enger gesteckt. Mit einem Verbund von Radioteleskopen, die über die gesamten USA verstreut sind – dem Very Long Baseline Interferometry (VLBI) – fingen sie Radiowellen mit 3,5 Zentimetern Wellenlänge aus der Nähe des Objektes auf und bestimmten daraus die Ausmaße von Sgr A* neu. Ihren Daten zufolge, erstreckt sich das Objekt nur über eine Astronomische Einheit – die einfache mittlere Entfernung zwischen Sonne und Erde.
Die Messungen erfolgten dabei mit einer doppelt so feinen Auflösung wie in vorherigen Studien. Das ist auch nötig, denn Sgr A* nimmt am Himmel nicht mehr als ein 120 Millionstel eines Grades ein – ungefähr so viel wie ein Tennisball auf dem Mond. Dennoch reicht das nicht aus, um endgültig nachzuweisen, dass dort ein Schwarzes Loch residiert.
Im Prinzip könnte es sich auch um ein anderes kosmisches Objekt handeln, das wir nur noch nicht kennen. Einen akzeptierten Beweis würden erst Messungen mit noch besserer Auflösung liefern, die einen Schatten im Strahlenfeld zeigen würden. Dieser Schatten entsteht, wenn die Strahlung von Objekten hinter einem Schwarzen Loch von der Gravitation des Lochs geschluckt wird und darum nicht zur Erde gelangt. Um den Schatten herum gibt es dann einen helleren Ring aus Strahlung, die stark abgelenkt, aber gerade nicht über den Ereignishorizont geraten ist, jene unsichtbare Grenze, hinter der es kein Zurück mehr gibt.
Die Jagd nach dem Schatten geht also trotz der beeindruckenden Beobachtungen von Shen und seinen Kollegen in den kommenden Jahren weiter. Bis dahin können wir mit Sicherheit nur sagen: Im Zentrum der Milchstraße sitzt etwas unglaublich Dichtes, das vermutlich ein Schwarzes Loch ist – auf jeden Fall aber ein echt galaktisches Monstrum.
Und die brachte schnelle Ergebnisse: Eine Masse, vier Millionen Mal so groß wie die der Sonne, ist dort auf einen Raum konzentriert, der sich nicht weiter erstreckt ist als die Umlaufbahn des Planeten Pluto. Eine unvorstellbare Dichte, für die es nach dem derzeitigen physikalischen Verständnis nur zwei mögliche Erklärungen gibt: Entweder ist es eine labile Häufung von Neutronensternen oder ein gigantisches Schwarzes Loch.
Beide Arten von Objekten gehen ursprünglich auf massereiche Sterne zurück, die am Ende ihres strahlenden Lebens unter der eigenen Gravitation kollabieren, bis sogar die Atomstruktur aufgelöst wird. Bei Neutronensternen endet alles in einem Körper, in dem Elektronen und Protonen zu Neutronen verschmolzen sind. Ist die Masse noch größer, geht der Kollaps weiter bis zu einem Schwarzen Loch, in dem es keine Materie einer uns geläufigen Form mehr gibt. Da der Gravitationssog eines solchen Objekts so groß ist, dass selbst elektromagnetische Strahlung ihm nicht entkommen kann, gaben Forscher ihm seinen vielsagenden Namen.
Für den Exoten im Zentrum der Galaxis favorisieren Astronomen die Annahme, dass ein extrem massereiches Schwarzes Loch dahinter steckt, das weit mehr als einen ehemaligen Stern umfasst. Eine Ansammlung von Neutronensternen könnte bei den vorherrschenden Bedingungen allenfalls einen astronomischen Wimpernschlag von einigen tausend Jahren stabil sein, bevor sich die Mitglieder zerstreuen oder schließlich doch zu einem Schwarzen Loch fusionieren. Dies galt vor allem in Hinsicht auf neuere Messungen, nach denen die Struktur offenbar noch kompakter ist, als zuvor angenommen wurde: Nicht mehr als den Durchmesser der Erdbahn sollte sie einnehmen.
Ein chinesisch-amerikanisches Team um Zhi-Qiang Shen vom Astronomischen Observatorium Schanghai hat nun die Grenzen noch enger gesteckt. Mit einem Verbund von Radioteleskopen, die über die gesamten USA verstreut sind – dem Very Long Baseline Interferometry (VLBI) – fingen sie Radiowellen mit 3,5 Zentimetern Wellenlänge aus der Nähe des Objektes auf und bestimmten daraus die Ausmaße von Sgr A* neu. Ihren Daten zufolge, erstreckt sich das Objekt nur über eine Astronomische Einheit – die einfache mittlere Entfernung zwischen Sonne und Erde.
Die Messungen erfolgten dabei mit einer doppelt so feinen Auflösung wie in vorherigen Studien. Das ist auch nötig, denn Sgr A* nimmt am Himmel nicht mehr als ein 120 Millionstel eines Grades ein – ungefähr so viel wie ein Tennisball auf dem Mond. Dennoch reicht das nicht aus, um endgültig nachzuweisen, dass dort ein Schwarzes Loch residiert.
Im Prinzip könnte es sich auch um ein anderes kosmisches Objekt handeln, das wir nur noch nicht kennen. Einen akzeptierten Beweis würden erst Messungen mit noch besserer Auflösung liefern, die einen Schatten im Strahlenfeld zeigen würden. Dieser Schatten entsteht, wenn die Strahlung von Objekten hinter einem Schwarzen Loch von der Gravitation des Lochs geschluckt wird und darum nicht zur Erde gelangt. Um den Schatten herum gibt es dann einen helleren Ring aus Strahlung, die stark abgelenkt, aber gerade nicht über den Ereignishorizont geraten ist, jene unsichtbare Grenze, hinter der es kein Zurück mehr gibt.
Die Jagd nach dem Schatten geht also trotz der beeindruckenden Beobachtungen von Shen und seinen Kollegen in den kommenden Jahren weiter. Bis dahin können wir mit Sicherheit nur sagen: Im Zentrum der Milchstraße sitzt etwas unglaublich Dichtes, das vermutlich ein Schwarzes Loch ist – auf jeden Fall aber ein echt galaktisches Monstrum.
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