Astronomen entdeckten Klasse seltsamer Objekte in der Nähe des riesigen Schwarzen Lochs unserer Galaxie

Astronomen von UCLA's Galactic Center Orbits Initiative haben eine neue Klasse bizarrer Objekte entdeckt, die sich nicht weit vom super massivem Schwarzen Loch mit Namen Sagittarius A* im Zentrum unserer Galaxis befindet. Ihre Ergebnisse wurden in Nature publiziert.

„Diese Objekte sehen aus wie Gas und verhalten sich wie Sterne“, sagten Andrea Ghez und Lauren B. Leichtmann von UCLA sowie Arthur E. Levine, Professor für Astrophysik und Direktor der UCLA Galactic Center Group.

Die neuen Objekte scheinen die meiste Zeit kompakt zu sein und dehnen sich aus, wenn sie sich auf ihren Umlaufbahnen dem Schwarzen Loch nähern. Ihre Umlaufzeiten betragen zwischen 100 bis 1.000 Jahren, sagte Hauptautorin Anna Ciurlo, eine Postdoktorandin der UCLA.

Die Forschungsgruppe von Andrea Ghez identifizierte 2005 ein ungewöhnliches Objekt im Zentrum unserer Galaxis, das später G1 genannt wurde. 2012 machten Astronomen in Deutschland die rätselhafte Entdeckung eines bizarren Objekts mit Namen G2 im Zentrum der Milchstraße, dass sich 2014 dem super massiven Schwarzen Loch näherte. Ghez und ihr Forschungsteam glauben, dass G2 höchstwahrscheinlich aus zwei Sternen bestand, die das Schwarze Loch im Tandem umkreisten und sich zu einem extrem großen Stern verschmolzen haben, der mit ungewöhnlich dichtem Gas und Staub bedeckt ist.

„Zum Zeitpunkt der größten Annäherung hatte G2 eine wirklich seltsame Signatur“, sagte Ghez. „Wir hatten das Objekt schon vorher beobachtet, aber es sah nicht allzu eigenartig aus bis es sich dem Schwarzen Loch näherte, sich ausdehnte und ein großer Teil seines Gases auseinandergerissen wurde. Es wechselte von einem ziemlich harmlosen Objekt, als es weit vom Schwarzen Loch entfernt war, zu einem in die Länge gezogenen und verzerrten Objekt bei seiner größten Annäherung, das seine äußere Hülle verlor und jetzt wieder kompakter geworden ist.“

„Eines der Dinge, die alle für die G-Objekte begeisterten war, das das Material, welches von den Gezeitenkräften abgezogen wurde, als das Objekt am zentralen Schwarzen Loch vorbei fegte, unweigerlich in das Schwarze Loch fallen muss“, sagte Co-Autor Mark Morris, UCLA-Professor für Physik und Astronomie. „Wenn das geschieht, könnte es sein, dass ein beeindruckendes Feuerwerk entsteht, da sich das Material erhitzt und reichlich Strahlung abgibt, ehe es über den Ereignishorizont verschwindet.“

Aber sind G2 und G1 Ausreißer oder Teil einer größeren Klasse von Objekten? Als Antwort auf diese Frage berichtete die Forschungsgruppe von Ghez über die Existenz von vier weiteren Objekten, die sie G3, G4, G5 und G6 nennen. Die Forscher haben jede ihrer Umlaufbahnen bestimmt. Während G1 und G2 ähnliche Umlaufbahnen haben, besitzen die vier neuen Objekte sehr unterschiedliche Umlaufbahnen.

Ghez glaubt, dass alle sechs Objekte Doppelsterne waren, die aufgrund der starken Gravitationskraft des Schwarzen Lochs miteinander verschmolzen. Die Verschmelzung zweier Sterne dauert mehr als eine Million Jahre, sagte Ghez.

„Fusionen von Sternen könnten im Universum häufiger stattfinden als wir dachten; wahrscheinlich sogar recht häufig“, sagte Ghez. „Schwarze Löcher könnten Doppelsterne zur Verschmelzung treiben. Es ist möglich, dass viele Sterne die wir beobachtet haben und nicht verstehen, das Endprodukt von Verschmelzungen sind. Wir lernen gerade, wie sich Galaxien und Schwarze Löcher entwickeln. Die Art und Weise, wie Doppelsterne miteinander und mit dem Schwarzen Loch interagieren, unterscheidet sich sehr von der Interaktion einzelner Sterne mit einem anderen einzelnen Sternen und mit einem Schwarzen Loch.

Ciurlo bemerkte, dass, während das Gas der äußeren Hülle von G2 dramatisch gedehnt wurde, sich der Staub im Gas nicht so viel dehnte. „Irgend etwas muss den Staub zusammengehalten und es ihm ermöglicht haben, seine Begegnung mit dem Schwarzen Loch zu überleben,“ sagte Ciurlo. „Dies ist ein Hinweis, auf ein stellares Objekt innerhalb von G2.“

„Der einzigartige Datensatz, den die Gruppe von Professor Ghez in mehr als 20 Jahren gesammelt hat, hat es uns ermöglicht, diese Entdeckung zu machen“, sagte Ciurlo. „Wir haben jetzt eine Population von 'G'- Objekten, so dass es nicht mehr darum geht, ein einmaliges Ereignis wie G2 erklären zu müssen.“

Die Forscher machten Beobachtungen mit dem W.M Keck Observatorium auf Hawaii und verwendeten die adaptive Optik, welche die verzerrenden Effekte der Erdatmosphäre in Echtzeit korrigiert. Sie führten eine neue Analyse der Daten von 13 Jahren ihrer UCLA Galactic Center Orbits Initiative durch.

Im September 2019 berichtete das Team von Ghez, dass das Schwarze Loch immer hungriger wird und es unklar ist warum. Die Dehnung des G2 im Jahr 2014 schien Gas abzuziehen, das vor kurzem durch das Schwarze Loch geschluckt worden sein könnte, sagte Co-Autor Tuan Do, ein UCLA-Forscher und stellvertretender Direktor der Galactic Center Group. Die Fusion von Sternen könnten das Schwarze Loch füttern.

Das Team hat bereits einige weitere Kandidaten identifiziert, die Teil dieser neuen Objektklasse sein könnten und sind dabei diese zu analysieren.

Ghez bemerkte, dass das Zentrum der Milchstraße eine extreme Umgebung ist, im Gegensatz zu unserer weniger hektischen Ecke des Universums.

„Die Erde befindet sich im, Vergleich zum Zentrum der Milchstraße, das etwa 26.000 Lichtjahre entfernt ist, mehr am Rande“, sagte Ghez. „Das Zentrum unserer Galaxis hat eine 1 Milliarde mal höhere Sternen-Dichte als jener Teile, in dem wir beheimatet sind. Die Gravitationskraft wirkt daher viel stärker und die Magnetfelder sind extremer. Das Zentrum ist jener Ort, an dem extreme astrophysikalische Bedingungen zu finden sind.“

Ghez sagte, dass die Erforschung des Zentrums uns helfen wird zu verstehen, was in den meisten Galaxien vor sich geht.

19. Jänner 2020/SP
Verein Kuffner-Sternwarte