Im Zentrum unserer Galaxie liegt eine Region, in der ungefähr 10 Millionen Sterne in nur 1 Parsec (3,25 Lichtjahre) Raum gepackt sind. Im Zentrum liegt das supermassive Schwarze Loch (SMBH), bekannt als Schütze A* , die eine Masse von über 4 Millionen Sonnen hat. Seit Jahrzehnten versuchen Astronomen, diese Region besser zu betrachten, in der Hoffnung, die unglaublichen Kräfte zu verstehen, die am Werk sind und wie sie die Entwicklung unserer Galaxie beeinflusst haben.
Zu den gefundenen Sternen gehört eine Reihe von Sternen, die Schütze A* sehr nahe umkreisen (wie S1 und S2), die zum Testen verwendet wurden Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie . Und vor kurzem hat ein Team von UCLA's Initiative für die Umlaufbahnen des Galaktischen Zentrums entdeckte eine Reihe kompakter Objekte, die ebenfalls die SMBH umkreisen. Diese Objekte sehen aus wie Gaswolken, verhalten sich aber wie Sterne, je nachdem, wie nahe sie sich in ihrer Umlaufbahn an Sagittarius A* befinden.
Die Studie, die ihre Ergebnisse beschreibt, die kürzlich in der Zeitschrift erschienen ist Natur ,wurde von Dr. Anna Ciurlo von der University of California, Los Angeles (UCLA) geleitet. Wie sie in ihrer Studie zeigen, umkreisen diese Objekte den SMBH unserer Galaxie mit einer Periode zwischen 100 und 1.000 Jahren. Diese Objekte sehen die meiste Zeit kompakt aus, dehnen sich jedoch aus, wenn sie sich am nächsten Punkt ihrer Umlaufbahn zum Schwarzen Loch befinden.
Bild, das die Umlaufbahnen der G-Objekte im Zentrum unserer Galaxie zeigt, wobei der SMBH mit einem weißen Kreuz gekennzeichnet ist. Quelle: Anna Ciurlo, Tuan Do/UCLA Galactic Center Group
Ihre Arbeit baut auf etwa fünfzehn Jahren Beobachtungen auf, die immer mehr dieser Objekte nahe dem Zentrum unserer Galaxie identifiziert haben. Das erste Objekt (später G1 genannt) wurde 2005 von einem Team unter der Leitung von Andrea Ghez, Lauren B. Leichtman und Arthur E. Levine Professor für Astrophysik, dem Direktor des UCLA Galaktische Zentrumsgruppe und Co-Autor dieser Studie.
Es folgte 2012, als Prof. Ghez und ihre Kollegen ein zweites Objekt fanden ( G2 ), die sich Schütze A* im Jahr 2014 näherten. Ursprünglich wurden G1 und G2 für Gaswolken gehalten, bis sie sich den Schütze A*s am nächsten näherten und nicht von der Anziehungskraft der SMBHs zerfetzt wurden (was passiert). normalerweise zu Gaswolken, wenn man sich einem Schwarzen Loch nähert). Als Ghez erklärt :
„Zum Zeitpunkt der engsten Annäherung hatte G2 eine wirklich seltsame Signatur. Wir hatten es schon früher gesehen, aber es sah nicht allzu eigenartig aus, bis es sich dem Schwarzen Loch näherte und sich verlängerte und ein Großteil seines Gases zerrissen wurde. Es war ein ziemlich harmloses Objekt, als es weit vom Schwarzen Loch entfernt war, zu einem, das bei seiner nächsten Annäherung wirklich gestreckt und verzerrt war und seine äußere Hülle verlor, und jetzt wird es wieder kompakter.“
Im Jahr 2018 nutzten Dr. Cuirlo und ein internationales Astronomenteam (darunter auch Prof. Ghez) die Daten aus zwölf Jahren, die von der W. M. Keck-Observatorium und adaptiver Optiktechnologie (bei deren Pionier Prof. Ghez geholfen hat) zu identifizieren drei weitere dieser Objekte (G3, G4 und G5) in der Nähe des Zentrums der Galaxie. Seitdem wurden in dieser Region insgesamt sechs Objekte identifiziert (G1 – G6).
In dieser jüngsten Studie verwendete das Team um Dr. Cuirlo 13 Jahre lang Nahinfrarot-Daten, die vom W.M. Kecks Integralfeldspektrometer OSIRIS zur Untersuchung der Bahnen dieser sechs Objekte. Astronomen sind spannend, diese Objekte zu studieren, weil sie Astronomen die Möglichkeit bieten, die Allgemeine Relativitätstheorie zu testen – etwas, das Prof. Ghez und ihre Kollegen in der Sommer 2019 .
Und wie Mark Morris – ein UCLA-Professor für Physik und Astronomie und Mitautor der Studie – erklärt , das Schicksal dieser Objekte ist etwas, was Astronomen wissen wollen, weil es ziemlich spektakulär sein sollte.
'Eines der Dinge, die alle für die G-Objekte begeistert haben, ist, dass das Zeug, das von den Gezeitenkräften von ihnen abgezogen wird, wenn sie am zentralen Schwarzen Loch vorbeistreichen, unweigerlich in das Schwarze Loch fallen muss', sagte er. „Wenn das passiert, kann es möglicherweise ein beeindruckendes Feuerwerk erzeugen, da sich das vom Schwarzen Loch gefressene Material aufheizt und reichlich Strahlung aussendet, bevor es über den Ereignishorizont verschwindet.“
Im Zuge der Beobachtung des Zentralbereichs der Milchstraße hat die Forschungsgruppe bisher sechs Objekte gemeldet. Sie stellten jedoch auch fest, dass G1 und G2 zwar sehr ähnliche Bahnen haben, sich die anderen vier Objekte jedoch erheblich unterscheiden. Daraus ergibt sich natürlich die Frage, ob alle sechs eine ähnliche Klasse von Objekten sind oder G1 und G2 Ausreißer sind.
Ghez und ihre Kollegen gehen davon aus, dass alle sechs Objekte Doppelsterne waren, die aufgrund der starken Gravitationskraft der SMBHs verschmolzen sind. Dieser Prozess hätte mehr als 1 Million Jahre gedauert und könnte ein Hinweis darauf sein, dass Doppelsternverschmelzungen tatsächlich recht häufig sind. Als Ghez erklärt :
„Schwarze Löcher könnten die Verschmelzung von Doppelsternen antreiben. Es ist möglich, dass viele der Stars, die wir beobachtet und nicht verstanden haben, das Endprodukt von Fusionen sind, die jetzt ruhig sind. Wir lernen, wie sich Galaxien und Schwarze Löcher entwickeln. Die Art und Weise, wie Doppelsterne miteinander und mit dem Schwarzen Loch interagieren, unterscheidet sich stark von der Interaktion einzelner Sterne mit anderen Einzelsternen und dem Schwarzen Loch.“
Eine weitere interessante Beobachtung, über die das Team von Ghez bereits im September 2019 berichtete, ist die Tatsache, dass Schütze A* in den letzten 24 Jahren heller geworden ist – ein Hinweis darauf, dass es mehr Materie verbraucht. In ähnlicher Weise schien die Dehnung von G2, die 2014 beobachtet wurde, Gas wegzuziehen, das möglicherweise kürzlich vom Schwarzen Loch verbraucht wurde.
Dies könnte ein Hinweis darauf sein, dass die in seiner Nähe stattfindenden Sternverschmelzungen Schütze A* ernähren. Die jüngsten Beobachtungen zeigten auch, dass das Gas aus der Außenhülle von G2 zwar dramatisch gedehnt wurde, der darin enthaltene Staub jedoch nicht stark gedehnt wurde. Dies bedeutet, dass etwas den Staub kompakt gehalten hat, was ein zwingender Beweis dafür ist, dass sich der Stern innerhalb von G2 befinden könnte.
Wie Ciurlo sagte, wurde diese Entdeckung durch jahrzehntelange Beobachtungen der UCLA Galaktische Zentrumsgruppe .
'Der einzigartige Datensatz, den die Gruppe von Professor Ghez in mehr als 20 Jahren gesammelt hat, hat uns diese Entdeckung ermöglicht. Wir haben jetzt eine Population von ‚G‘-Objekten, es geht also nicht darum, ein ‚einmaliges Ereignis‘ wie G2 zu erklären.“
Inzwischen hat das Team bereits einige weitere Kandidaten identifiziert, die zu dieser neuen Objektklasse gehören könnten, und analysiert diese weiter. Letztendlich wird diese Forschung Astronomen helfen zu verstehen, was in den meisten Galaxien passiert und wie Wechselwirkungen zwischen Sternen und SMBHs in ihren Kernen ihre Entwicklung vorantreiben.
„Die Erde befindet sich in den Vororten im Vergleich zum Zentrum der Galaxie, das etwa 26.000 Lichtjahre entfernt ist“, sagte Ghez. „Das Zentrum unserer Galaxie hat eine 1 Milliarde Mal höhere Sternendichte als unser Teil der Galaxie. Die Anziehungskraft ist so viel stärker. Die Magnetfelder sind extremer. Das Zentrum der Galaxie ist der Ort, an dem extreme Astrophysik stattfindet – der X-Sport der Astrophysik.“
