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Milchstraße: Schwarzes Loch speist „Frischkost“

Flackernde Gase widerlegen Annahmen zum Speiseplan von Sagittarius A*

Strahlenring
Das unregelmäßige Strahlungsmuster um das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße verrät, welche Materie es verschlingt. © Institute for Advanced Study

Das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße verhält sich anders als gedacht: Statt altes Gas aus dem ihn umgebenden Plasmaring abzusaugen, schluckt es offenbar vorwiegend frisch einfallendes Material von nahen Sternen. Indizien dafür haben Astronomen im subtilen Flackern des hellen Lichtrings um den Ereignishorizont von Sagittarius A* entdeckt. Das Muster dieses Flackerns passt demnach nicht zu gängigen Modellen des „Speiseplans“ unseres Schwarzen Lochs.

Das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße gehört eher zu den ruhigeren Gesellen seiner Zunft: Anders als aktive Galaxienkerne verschlingt es kaum Materie. Deshalb ist es kaum sichtbar und heftige Strahlenausbrüche bleiben momentan aus. Dennoch ist auch Sagittarius A* von einem strahlenden Ring aus eingefangener Materie und Licht umgeben, wie das Event Horizon Telescope auf seinem ersten Foto dieses Schwarzen Lochs zeigte.

Sagittarius A*
Die Aufnahmen des Event Horizon Telescope fassen jeweils tausende Einzelaufnahmen zusammen. Auch diese Kompositbilder zeigen schon ein sich veränderndes Strahlungsmuster um den Ereignishorizont. © EHT Collaboration

Was „frisst“ unser Schwarzes Loch?

Was aber passiert mit dem um Sagittarius A* kreisenden Material? Gängigen Modellen zufolge saugt das Schwarze Loch im Laufe der Zeit immer wieder kleine Mengen Gas vom inneren Rand dieses Torus ein. Das eingesaugte Material ist dabei schon etliche Male um den Ereignishorizont gekreist und daher primär von den Prozessen und Turbulenzen im Torus geprägt. „Wir dachten deshalb lange Zeit, dass wir ignorieren können, woher dieses Gas ursprünglich kam“, erklärt Erstautorin Lena Murchikova vom Institute for Advanced Study in Princeton.

Doch die gängige Vorstellung stimmt offenbar nicht, wie nun Murchikova und ihre Kollegen herausgefunden haben. Für ihre Studie analysierten sie das subtile Flackern, das der Plasmatorus des Schwarzen Lochs im Radiowellenbereich aussendet. Diese Strahlung haben auch die Astronomen des Event Horizont Telescope eingefangen und daraus ihre Fotos konstruiert. Diese zeigen allerdings nur die gemittelte Helligkeit über tausende Aufnahmen hinweg.

Flackern am Ereignishorizont

Für die genauere Erforschung der Vorgänge am Ereignishorizont haben Murchikova und ihr Team tausende von sekundengenauen Aufnahmen von drei verschiedenen Radioobservatorien im Wellenlängenbereich von 230 Gigahertz ausgewertet. Daraus rekonstruierten sie das zeitliche und räumliche Muster des Flackerns und verglichen dies mit drei verschiedenen Modellen der Akkretion am Schwarzen Loch.

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Das überraschende Ergebnis: „Wir stellten fest, dass die gängigen Modelle Flackermuster erzeugen, die nicht mit den Beobachtungen übereinstimmen“, berichtet Murchikova. „Standard-Torusmodelle sagen eine Variabilität bei 230 Gigahertz voraus, die zu hochfrequent und zu schwach ist. Sie zeigen kurzfristige Schwankungen, die nicht denen der Beobachtungen entsprechen.“ Zwei Modelle, die altes, schon länger um das Schwarze Loch kreisendes Material als „Futter“ sahen, schieden damit aus.

Frisches Material von 30 nahen Sternen

Anders sah es mit dem dritten Modell aus, das erst kürzlich von Koautor Sean Ressler von der University of California in Santa Barbara entwickelt wurde. In diesem geht er von zusätzlichen, frischen Materieströmen am Schwarzen Loch aus. Diese stammen von rund 30 Wolf-Rayet-Sternen, die im Umfeld von Sagittarius A* im galaktischen Zentrum liegen. Wolf-Rayet-Sterne sind die Reste massereicher Sterne, die große Mengen an Material ins All ausstoßen. In seinem Sternenwind-Modell hat Ressler die von diesen Sternen ausgehenden Materieströme auf Basis astrophysikalischer Daten nachgebildet.

Und tatsächlich: „Wir haben festgestellt, dass dieses Sternenwind-Modell deutlich besser zu den beobachteten Merkmalen von Sagittarius A* passt als die beiden Torus-Modelle“, berichten die Astrophysiker. Das langsamere, ausgeprägtere Flackern des Lichtrings stimmt demnach gut mit frischem Gas überein, das noch nicht etliche Male um das Schwarze Loch gekreist ist. Es bewegt sich daher noch auf einer stark exzentrischen Bahn um Sagittarius A* – und wird bei seiner Annäherung direkt eingesaugt.

Frischkost statt Plasmabrei

Nach Ansicht von Murchikova und ihren Kollegen sprechen diese Ergebnisse dafür, dass sich das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße anders „ernährt“ als bislang angenommen. Statt vornehmlich kleine Häppchen des schon homogenisierten Plasmas aus dem inneren Torus einzusaugen, schluckt Sagittarius A* demnach auch frisches Material, das von nahen Sternen kommt und fast direkt in den Ereignishorizont fällt – ohne vorher lange ums Schwarze Loch zu kreisen. (Astrophysical Journal Letters, 2022; doi: 10.3847/2041-8213/ac75c3)

Quelle: Institute for Advanced Study

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