Im Zentrum unserer Galaxie ist viel los. Dort befindet sich ein supermassives Schwarzes Loch namens Sagittarius A-Star, das mit seiner unaufhaltsamen Gravitationsanziehung Material anzieht. In dieser überwältigenden Gegend, in der die Gesetze der Physik unverständlich sind, haben Astronomen einen Ring aus kühlem Gas entdeckt.
Schütze A-Stern oder Sag. A*, kurz, ist 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt und hat ungefähr 4 Millionen Mal mehr Masse als unsere Sonne. All diese Masse bedeutet, dass die überwältigende Gravitationsenergie Material in Richtung A* zieht. Aber bevor das Material angesaugt wird, befindet es sich über dem Schlothorizont in einem rotierenden Akkretionsscheibe .
Das wissen Astronomen schon lange. Durchhängen. A* ist eine helle Röntgenquelle, da das Material in der Scheibe komprimiert und erhitzt wird, wodurch es Röntgenstrahlen freisetzt. Es ist nicht nur beheizt; es ist auf 10 Millionen Grad Celsius (18 Millionen Grad Fahrenheit) überhitzt. Röntgenobservatorien im Weltraum konnten all dies bis auf etwa ein Zehntel Lichtjahr vom Loch selbst entfernt sehen.
Eine Ansicht von Sgr A* und dem supermassereichen Schwarzen Loch, das sich 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt im Zentrum der Milchstraße befindet. Bildnachweis: Chandra-Teleskop, NASA.
Aber es gibt auch eine riesige Menge „kalten“ Wasserstoffgases innerhalb weniger Lichtjahre um das Loch. Dieses Gas ist im Vergleich zu dem anderen Gas nur kalt. Es ist ungefähr 10.000 Grad Celsius (18.000 Grad Fahrenheit). Welchen Beitrag dieses kühlere Gas zur Umgebung des Schwarzen Lochs leistete, war unbekannt. Bis jetzt jedenfalls.
„Wir hoffen, dass diese neuen ALMA-Beobachtungen dem Schwarzen Loch helfen werden, einige seiner Geheimnisse preiszugeben.“
Elena Murchikova, Hauptautorin des Artikels, Astrophysikerin am Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey.
Jetzt hat uns eine neue Studie mit dem Atacama Large Millimeter/Sub-Millimeter Array (ALMA) unser erstes Bild dieses kalten Gaskörpers geliefert. Ihr Papier über diese Arbeit erscheint in der Nature-Ausgabe vom 6. Juni. So haben sie es gemacht.
In der Nähe des Zentrums der Galaxie gibt es genug Strahlung, um Wasserstoffatome dazu zu bringen, ihre Elektronen zu verlieren. Dann gewinnen sie sie in einem fortlaufenden Zyklus wieder zurück. Dabei setzt die Rekombination Energie in einem bestimmten Millimeterwellenlängensignal frei. Dieses Signal kann mit sehr geringem Signalverlust bis zur Erde reisen.
Drei der Gerichte, aus denen das Atacama Large Millimeter/Submillimter Array (ALMA) besteht. Bildquelle: H. Calderón – ALMA (ESO/NRAO/NAOJ)
ALMA ist eine sehr feine Maschine, leistungsstark und sensibel, und sie ist in der Lage, sich auf dieses spezielle Signal einzustellen. Astronomen nutzten diese Leistung und Empfindlichkeit, um das allererste Bild der Scheibe aus kaltem Gas in einer Entfernung von nur einem Hundertstel eines Lichtjahrs von Sag zu erstellen. EIN*. Ihre Beobachtungen ermöglichen es Astronomen, den Standort dieser Wolke zu kartieren und auch ihre Bewegung zu verfolgen. Sie haben auch die Größe der Wasserstoffwolke gemessen, und sie enthält etwa ein Zehntel der Masse des Jupiter oder ein Zehntausendstel der Masse der Sonne.
„Wir waren die ersten, die diese schwer fassbare Scheibe abgebildet und ihre Rotation untersucht haben.“
Elena Murchikova, Hauptautorin des Artikels, Astrophysikerin am Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey.
Die Doppler-Effekt kommt auch ins Spiel. Wenn das Signal der Wasserstoffrekombination zur Erde wandert, verschiebt sich seine Frequenz in den blaueren Teil des Spektrums. Durch die Kartierung dieser Verschiebungen konnten die Astronomen sehen, dass sich der Gasring um das Schwarze Loch dreht.
Das ALMA-Bild der Scheibe aus kühlem Wasserstoffgas, das um das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie strömt. Die Farben stellen die Bewegung des Gases relativ zur Erde dar: Der rote Anteil bewegt sich weg, sodass die von ALMA erfassten Funkwellen leicht gestreckt oder in den „röteren“ Anteil des Spektrums verschoben werden; die blaue Farbe repräsentiert Gas, das sich in Richtung Erde bewegt, so dass die Radiowellen leicht verzerrt oder in den „blaueren“ Teil des Spektrums verschoben werden. Das Fadenkreuz zeigt die Position des Schwarzen Lochs an. Bildnachweis:ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), E.M. Murchikova; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello
Da die Umgebung eines Schwarzen Lochs so chaotisch ist, braucht es viel Arbeit, um alles zu verstehen, was dort vor sich geht. Diese Informationen werden Wissenschaftlern helfen, diese Umgebung zu verstehen und zu verstehen, wie ein Schwarzes Loch Materie verbraucht.
„Wir waren die ersten, die diese schwer fassbare Scheibe abgebildet und ihre Rotation untersucht haben“, sagte Elena Murchikova, Mitglied der Astrophysik am Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey, und Hauptautorin des Artikels. „Wir untersuchen auch Akkretionen auf dem Schwarzen Loch. Dies ist wichtig, da dies unser nächstgelegenes supermassereiches Schwarzes Loch ist. Trotzdem haben wir immer noch kein gutes Verständnis dafür, wie seine Akkretion funktioniert. Wir hoffen, dass diese neuen ALMA-Beobachtungen dem Schwarzen Loch helfen werden, einige seiner Geheimnisse preiszugeben.“
