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Nach dem heutigen Wissen der Astrophysiker sind
supermassive
Schwarze Löcher, die Millionen
Sonnenmasse in sich
vereinigen, in unserem Universum allgegenwärtig: Sie dürften
sich in den Zentren der allermeisten
Galaxien finden.
In aktiven Galaxienkernen
sind sie für spektakuläre Phänomene wie die
Jets von
Radiogalaxien
mit ihren gigantischen Radioblasen verantwortlich, aber auch im
Herzen gemäßigter Galaxien wie unserer
Milchstraße
schlummert ein Massemonster.
Dass wir in unserer Heimatgalaxie ein supermassives Schwarzes Loch
so zusagen direkt vor der Haustür haben, nur rund 25000 Lichtjahre
von uns entfernt, ist vielleicht ein wenig
unheimlich, aber aus astronomischer Sicht ein wahrer Segen. Die direkteste
Möglichkeit, nachzuweisen, dass es sich bei einem Beobachtungsobjekt
um ein Schwarzes Loch
handelt, besteht in der Bestimmung seiner Masse und der Abschätzung
seiner Ausdehnung. Die Massenbestimmung
kann für astronomische Objekte recht schwierig sein; gute
Ausgangsvoraussetzungen sind allerdings immer dann gegeben, wenn sich
mehrere Objekte unter gegenseitigem Schwerkrafteinfluss umeinander bewegen.
Für solche Bewegungen nämlich sagen die Gesetze der
Himmelsmechanik
Zusammenhänge zwischen den Massen der beteiligten Himmelskörpern
und den Einzelheiten ihrer Bahnbewegung vorher. Eine hinreichend
vollständige Kenntnis der Umlaufbahnen lässt daher
Rückschlüsse auf die Massen zu.
Im Falle des zentralen Schwarzen Lochs unserer Milchstraße haben
Astronomen über Jahre hinweg sehr genau vermessen, wie sich die
Sterne in der unmittelbaren Zentrumsumgebung bewegen. Die folgende
Abbildung zeigt eine Simulation, die auf Beobachtungen beruht,
die Forscher des
Max-Planck-Instituts für
Extraterrestrische Physik über sechs Jahre hinweg mit dem
New Technology Telescope der
Europäischen Südsternwarte ESO
gemacht haben.
Zu sehen ist eine Region von nur wenigen
Lichttagen
rund um das Zentrum unserer Milchstraße, das von der Erde
aus gesehen im Sternbild Schütze (Sagittarius) liegt und, wie erwähnt,
rund 25000 Lichtjahre
von uns entfernt ist. Das rote Kreuz in der Mitte markiert die Position
von "Sagittarius A*", einer kompakten Radioquelle. Die Astronomen haben
ein detailliertes dreidimensionales Modell entwickelt, um die Bewegung
der in der Abbildung sichtbaren Sterne zu erklären; die in dieser
Weise rekonstruierten Bahnkurven sind gelb eingezeichnet.
Aus den neuesten Rechnungen, denen mittlerweile schon 10 Jahre an
hochauflösenden Beobachtungen von rund drei Dutzend individuellen
sternen rund um Sagittarius A* zugrundeliegen, aufgenommen von mehreren
unabhängigen Beobachtergruppen, folgt,
dass dieses Objekt die Masse von 3,3 Millionen Sonnen in sich
vereinigt. Aus den Bahndaten eines der Sterne ergab sich zugleich eine
sehr genaue obere Grenze für die Ausdehnung des Objekts - um
in die Umlaufbahn des Sterns zu passen, darf der Radius von Sagittarius A*
nicht größer als 17 Lichtstunden sein.
Neuere Radioastronomische Messungen haben sogar noch eine kleinere
Ausdehnung von rund 20 Lichtminuten ergeben,
vergleichbar dem Durchmesser der Bahn unserer Erde um die Sonne.
Masse und Ausdehnung führen zu einer mittleren Dichte des
Objekts, die nur auf eine Art zu erklären ist: es handelt sich
um ein Schwarzes Loch im Zentrum unserer eigenen Galaxis.
[Markus Pössel, AEI]
Die relativistischen Grundkonzepte, die diesem Vertiefungsthema zugrundeliegen, werden in Einstein für Einsteiger erklärt, insbesondere im Abschnitt Schwarze Löcher & Co.
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