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Dreißig Jahre nachdem Astronomen das mysteriöse Objekt genau im Zentrum unserer Milchstraßengalaxie entdeckt hatten, ist es einem internationalen Wissenschaftlerteam endlich gelungen, die Größe dieses Objekts, das ein Schwarzes Loch umgibt, das fast vier Millionen Mal so massereich ist wie die Sonne, direkt zu messen. Dies ist der bisher nächstgelegene teleskopische Ansatz für ein Schwarzes Loch und stellt eine wichtige Grenze der Astrophysik in Reichweite zukünftiger Beobachtungen. Die Wissenschaftler nutzten das VLBA-Radioteleskop (Very Long Baseline Array) der National Science Foundation, um den Durchbruch zu erzielen.
"Dies ist ein großer Schritt nach vorne", sagte Geoffrey Bower von der University of California-Berkeley. "Dies ist etwas, was die Menschen seit 30 Jahren tun wollten", seit das galaktische Zentrum namens Schütze A * (ausgesprochen "A-Stern") 1974 entdeckt wurde. Die Astronomen berichteten über ihre Forschungen in der Ausgabe vom 1. April von Science Express.
"Jetzt haben wir eine Größe für das Objekt, aber das Rätsel um seine genaue Natur bleibt bestehen", fügte Bower hinzu. Der nächste Schritt, erklärte er, besteht darin, seine Form zu lernen, "damit wir erkennen können, ob es sich um Jets, eine dünne Scheibe oder eine kugelförmige Wolke handelt."
Das Zentrum der Milchstraße, 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt, ist von Staub verdeckt, sodass Teleskope mit sichtbarem Licht das Objekt nicht untersuchen können. Während Radiowellen aus der zentralen Region der Galaxie in den Staub eindringen können, werden sie von turbulent geladenem Plasma im Raum entlang der Sichtlinie zur Erde gestreut. Diese Streuung hatte frühere Versuche, die Größe des zentralen Objekts zu messen, vereitelt, ebenso wie Nebel die Blendung entfernter Leuchttürme verwischt.
"Nach 30 Jahren haben Radioteleskope endlich den Nebel aufgehoben und wir können sehen, was los ist", sagte Heino Falcke vom Westerbork Radio Observatory in den Niederlanden, einem weiteren Mitglied des Forschungsteams.
Das helle, funkemittierende Objekt würde genau in den Weg der Erdumlaufbahn um die Sonne passen, sagten die Astronomen. Das Schwarze Loch selbst hat einen Durchmesser von ungefähr 14 Millionen Meilen und würde leicht in die Umlaufbahn von Merkur passen. Schwarze Löcher sind so dichte Materiekonzentrationen, dass nicht einmal Licht ihrer starken Schwerkraft entkommen kann.
Die neuen VLBA-Beobachtungen gaben den Astronomen den bisher besten Einblick in ein Schwarzes Lochsystem. "Wir sind den Auswirkungen eines Schwarzen Lochs auf seine Umwelt hier viel näher als anderswo", sagte Bower.
Es wird angenommen, dass das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße, wie seine massereicheren Verwandten in aktiveren galaktischen Kernen, Material aus seiner Umgebung ansaugt und dabei die Emission der Radiowellen antreibt. Obwohl die neuen VLBA-Beobachtungen keine endgültige Antwort auf die Art dieses Prozesses geliefert haben, haben sie dazu beigetragen, einige Theorien auszuschließen, sagte Bower. Basierend auf den neuesten Arbeiten, erklärte er, sind die wichtigsten verbleibenden Theorien für die Natur des radioemittierenden Objekts Jets subatomarer Teilchen, ähnlich denen, die in Radiogalaxien zu sehen sind. und einige Theorien, wonach Materie nahe dem Rand des Schwarzen Lochs beschleunigt wird.
Als die Astronomen Schütze A * bei immer höheren Radiofrequenzen untersuchten, wurde die scheinbare Größe des Objekts kleiner. Auch diese Tatsache, sagte Bower, habe dazu beigetragen, einige Vorstellungen von der Natur des Objekts auszuschließen. Die Abnahme der beobachteten Größe mit zunehmender Frequenz oder kürzerer Wellenlänge gibt den Astronomen auch ein verlockendes Ziel.
"Wir glauben, dass wir irgendwann bei ausreichend kurzen Wellenlängen beobachten können, dass wir einen Cutoff sehen, wenn wir die Größe des Schwarzen Lochs selbst erreichen", sagte Bower. Darüber hinaus sagte er: "Wir hoffen, in zukünftigen Beobachtungen einen" Schatten "zu sehen, der durch einen Gravitationslinseneffekt der sehr starken Schwerkraft des Schwarzen Lochs geworfen wird."
Im Jahr 2000 schlugen Falcke und seine Kollegen eine solche Beobachtung aus theoretischen Gründen vor, und sie scheint nun machbar. "Die Abbildung des Schattens des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs ist jetzt in unserer Reichweite, wenn wir in den kommenden Jahren hart genug arbeiten", fügte Falcke hinzu.
Eine weitere Schlussfolgerung der Wissenschaftler ist laut Bower, dass „die Gesamtmasse des Schwarzen Lochs sehr konzentriert ist“. Die neuen VLBA-Beobachtungen liefern die "genaueste Lokalisierung der Masse eines supermassiven Schwarzen Lochs aller Zeiten". Die Genauigkeit dieser Beobachtungen lässt die Wissenschaftler sagen, dass sich eine Masse von mindestens 40.000 Sonnen in einem Raum befinden muss, der der Größe der Erdumlaufbahn entspricht. Diese Zahl stellt jedoch nur eine Untergrenze für die Masse dar. Die Wissenschaftler glauben höchstwahrscheinlich, dass die gesamte Masse des Schwarzen Lochs - das entspricht vier Millionen Sonnen - gut in dem Bereich konzentriert ist, in dem sich das radioemittierende Objekt befindet.
Um ihre Messung durchführen zu können, mussten die Astronomen mühsame Anstrengungen unternehmen, um den Streueffekt des Plasma- „Nebels“ zwischen Schütze A * und Erde zu umgehen. "Wir mussten unsere Technik wirklich hart vorantreiben", sagte Bower.
Bower verglich die Aufgabe mit dem Versuch, "Ihr gelbes Gummiente durch das Milchglas der Duschkabine zu sehen". Durch viele Beobachtungen, nur die Beibehaltung der Daten höchster Qualität und die mathematische Entfernung des Streueffekts des Plasmas gelang es den Wissenschaftlern, die Größe des Schützen A * erstmals zu messen.
Zum Forschungsteam gehören neben Bower und Falcke Robin Herrnstein von der Columbia University, Jun-Hui Zhao vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Miller Goss vom National Radio Astronomy Observatory und Donald Backer von der University of California-Berkeley. Falcke ist außerdem außerordentlicher Professor an der Universität Nimwegen und Gastwissenschaftler am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn.
Schütze A * wurde im Februar 1974 von Bruce Balick, jetzt an der University of Washington, und Robert Brown, jetzt Direktor des Nationalen Zentrums für Astronomie und Ionosphäre an der Cornell University, entdeckt. Es wurde eindeutig gezeigt, dass es das Zentrum der Milchstraße ist, um die sich der Rest der Galaxie dreht. 1999 verwendeten Mark Reid vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics und seine Kollegen VLBA-Beobachtungen von Schütze A *, um die Bewegung der Erde im Orbit um das Zentrum der Galaxie zu erfassen, und stellten fest, dass unser Sonnensystem 226 Millionen Jahre benötigt, um einen Kreislauf um das Zentrum zu bilden Galaxis.
Im März 2004 versammelten sich 55 Astronomen in der Einrichtung des National Radio Astronomy Observatory in Green Bank, West Virginia, zu einer wissenschaftlichen Konferenz, auf der die Entdeckung des Schützen A * vor 30 Jahren in der Green Bank gefeiert wurde. Auf dieser Konferenz enthüllten die Wissenschaftler eine Gedenktafel an einem der Entdeckungsteleskope.
Das Very Long Baseline Array, Teil des National Radio Astronomy Observatory, ist ein kontinentweites Radioteleskopsystem mit 10 240-Tonnen-Antennen von Hawaii bis in die Karibik. Es bietet das größte Auflösungsvermögen oder die Fähigkeit, feine Details eines Teleskops in der Astronomie, auf der Erde oder im Weltraum zu sehen.
Das National Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation, die im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung von Associated Universities, Inc. betrieben wird.
Originalquelle: NRAO-Pressemitteilung
