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Montag, 26.09.2016
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Milchstraße: Rätsel um "unkaputtbare" Gaswolke gelöst

Warum die Fütterung des Schwarzen Lochs im Galaxienzentrum ausblieb

Das kosmische Drama fiel aus: Die Gaswolke G2 raste in diesem Frühjahr haarscharf am Schwarzen Loch im Herzen der Milchstraße vorbei – und blieb überraschenderweise heil, statt wie erwartet zerfetzt zu werden. Des Rätsels Lösung liefern nun Astronomen, die das Ganze genauer beobachtet haben. Demnach versteckt sich in der Gaswolke ein frisch verschmolzener Stern. Seine Masse hat die Wolke trotz der enormen Anziehung des Schwarzen Lochs zusammengehalten.
Seine Flugbahn führte G2 dicht am Schwarzen Loch Sagittarius A* vorbei

Seine Flugbahn führte G2 dicht am Schwarzen Loch Sagittarius A* vorbei

Eigentlich schien ihr Schicksal besiegelt: Astronomen entdeckten im Jahr 2011 eine kosmische Gaswolke, die fast auf Kollisionskurs mit dem Schwarzen Loch im Herzen der Milchstraße war. Den Berechnungen nach würde sie sich diesem im Frühjahr 2014 bis auf rund 40 Milliarden Kilometer nähern – nahe genug, um die enormen Schwerkraftwirkungen von Sagittarius A* zu spüren zu bekommen und von ihnen zerrissen zu werden. Denn die rund 280 Grad Celsius heiße Gaswolke aus Wasserstoff und Helium hatte diesen Kräften wenig entgegenzusetzen, so glaubte man.

Das kosmische Drama blieb aus


Entsprechend gespannt richteten die Astronomen im Frühjahr ihre Teleskope auf die Geschehnisse im galaktischen Zentrum. Unter ihnen war auch das Team von Andrea Ghez von der University of California in Los Angeles. Sie nutzten die hochauflösende adaptive Optik des W.M. Keck Observatoriums auf Hawaii, um die vermeintliche Gaswolke G2 von März bis August 2014 zu beobachten. Mit Hilfe spektrometrischer Analysen trennten sie die schwächere Strahlung von G2 von dem helleren Leuchten von Sagittarius A* ab und konnten so genau verfolgen, wie es dem Objekt bei der Passage erging.

Das Ergebnis aber widersprach allen Erwartungen: "G2 hat die größte Annäherung an das Schwarze Loch als kompakte, nicht weiter zergliederte Lichtquelle überstanden", berichten die Astronomen. Statt zu zerfasern und einen Teil seines Gases zu verlieren, blieb das Objekt weitestgehend intakt und schien seinen Weg weiter fortzusetzen.


So sollte die Gaswolke den Prognosen nach bei Passage des Schwarzen Lochs zerfetzt werden - doch das passierte nicht.


Verschmolzener Stern statt Gaswolke


"Das spricht dagegen, dass es sich bei G2 um eine einfache Gaswolke handelt, denn eine solche hätte den Modellen nach große Veränderungen ihrer Helligkeit und Größe erfahren müssen", konstatieren Ghez und ihre Kollegen. Aber wenn es keine Gaswolke ist, was ist G2 dann? Nach Ansicht von Ghez und ihren Kollegen sprechen alle Beobachtungsdaten dafür, dass sich in der vermeintlichen Gaswolke ein kompaktes, schweres Objekt verbirgt: ein junger, etwa zwei Sonnenmassen schwerer Stern, der gerade erst aus der Verschmelzung eines Doppelstern-Paares entstanden ist.

Wie die Astronomen erklären, kann die starke Gravitation eines supermassereichen Schwarzen Lochs nahe kreisende Doppelsterne so destabilisieren, dass sich die Partner einander immer weiter annähern und schließlich verschmelzen. "Das könnte häufiger passieren als wir glauben", sagt Ghez. "Denn die massereichen Sterne im Zentrum der Galaxie sind oft Doppelsterne."

Aufgebläht und von einer Wolke verhüllt


Bei diesem Prozess des Verschmelzens bläht sich das neu gebildete Konglomerat stark auf – in diesem Stadium scheint nach den Beobachtungen der Forscher G2 im Moment zu sein. Das könnte erklären, warum G2 mit einem Durchmesser von rund zwei astronomischen Einheiten ungewöhnlich groß für seine Masse ist.

Dieser aufgeblähte Zustand hält nach Angaben der Forscher rund eine Million Jahre an, bis sich der neue Stern sozusagen zusammengefunden hat und allmählich wieder kompakter wird. Die große Nähe zum Schwarzen Loch erhitzt zudem die Oberfläche des neuen Kombi-Sterns und es bildet sich eine große Wolke aus Gas und Staub, die den Stern im Inneren völlig verbergen kann.

Diese "Tarnung" könnte nach Meinung von Ghez und ihren Kollegen erklären, warum G2 bisher nur als einfache Gaswolke interpretiert wurde. Erst das Verhalten bei der Passage von Sagittarius A* hat den Astronomen nun verraten, dass sich dahinter mehr verbirgt: Im Inneren muss eine größere Masse sitzen, die die Wolke trotz der Anziehungskraft des Schwarzen Lochs zusammenhält.

Langgezogen, aber noch intakt


Einige Folgen hat die enorme Schwerkraftwirkung der Singularität aber doch: Wie die Forscher erklären, befindet sich G2 inzwischen in einer Phase der "Spaghettifizierung": Es wird von der Anziehung des Schwarzen Loches in die Länge gezogen und die umgebende Wolke erscheint dadurch fädig ausgezogen.

Doch auch das wird sich irgendwann geben: Ghez und ihre Kollegen erwarten, dass G2 nach Ende seiner aufgeblähten Phase genauso aussehen wird, wie die anderen Sterne im S-Cluster – der Sternengruppe, die das galaktische Zentrum eng umkreist. (The Astrophysical Journal, 2014; doi: 10.1088/2041-8205/796/1/L8)
(University of California in Los Angeles, 04.11.2014 - NPO)
 
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