Unser Schwarzes Loch ist langsam – Astronomen begrenzen die Rotation von Schütze A * mithilfe von Sternbahnen

Langsamer Riese: Astronomen haben erste Hinweise darauf erhalten, wie schnell sich das Schwarze Loch in der Mitte der Milchstraße dreht. Demnach kann sich Schütze A * nur relativ langsam drehen – mit maximal zehn Prozent der maximal möglichen Geschwindigkeit. Wenn es mehr wäre, müsste sich dies in den Umlaufbahnen der Sterne in der Nähe des Gravitationsgiganten zeigen. Dies wirft auch ein neues Licht auf die Frage, ob unser Black Llch einen Jet hat.

Alle Schwarzen Löcher können durch zwei miteinander verbundene Merkmale beschrieben werden: ihre Masse und ihren Drehimpuls. Die Masse zeigt, ob ein solcher Schwerkraftriese aus dem Zusammenbruch eines Sterns hervorgegangen ist oder ob er zu den supermassiven Riesen im Herzen von Galaxien gehört. Die Rotation des Schwarzen Lochs spielt dagegen unter anderem eine wichtige Rolle für die Bildung von Galaxien, die Form der Materie in ihrer Umgebung und auch für den Ereignishorizont.

Wie schnell dreht sich Schütze A *?

Das Problem ist jedoch: Während die Masse eines Schwarzen Lochs normalerweise recht gut bestimmt werden kann, ist dies mit seiner eigenen Rotation schwieriger. Bei aktiven, stark strahlungsemittierenden Galaxienkernen ist dies an subtilen Änderungen im Spektrum zu erkennen. Mit inaktiven Schwarzen Löchern wie Schütze A * Im Herzen der Milchstraße ist dies jedoch nicht möglich – sie sind unsichtbar. Infolgedessen ist immer noch unklar, ob und wie schnell sich Schütze A * dreht.

Jetzt haben zwei US-Astronomen einen neuen Weg gefunden, um die Rotation unseres zentralen Schwarzen Lochs zumindest zu begrenzen – mit Hilfe des sogenannten S Sterne in der Milchstraße Mitte. Die Umlaufbahnen dieser Sterne werden stark von der Anziehungskraft des Schwarzen Lochs beeinflusst, sodass beide sichtbar werden seine Existenz sowie Details von ihm Gravitationswirkung.

Umlaufbahnen der S-Sterne als Messhilfe

Wie Giacomo Fragione von der Northwestern University und Avi Loeb von der Harvard University gezeigt haben, liefern die Umlaufbahnen der S-Sterne auch Informationen über die Rotation von Schütze A *. Wie die Forscher erklären, verändert ein schnell rotierendes Loch die Neigung der Sternbahnen in seiner Umgebung. Im Laufe der Zeit passen sich die Sternbahnen an die „Äquatorialebene“ des Schwarzen Lochs an.

Fragione und Loeb verwendeten Beobachtungsdaten und ein Modell, um zu überprüfen, ob dies auch bei den S-Sternen im Zentrum der Milchstraße der Fall ist. Das Ergebnis: Die S-Sterne folgen zwei Orbitalebenen, die jeweils um 45 Grad gegen die galaktische Ebene geneigt sind – und diese sind seit langem stabil. „Die meisten dieser Sterne wurden in derselben Ebene gebildet, in der sie heute noch umkreisen“, sagen die Astronomen.

Maximal zehn Prozent des Möglichen

Dies bedeutet, dass sich das Schwarze Loch in der Mitte der Milchstraße nicht schnell drehen kann. „Der Spin von Schütze A * muss weniger als zehn Prozent des maximal möglichen Wertes betragen – eine Drehung seiner Außenkante mit Lichtgeschwindigkeit“, berichtet Loeb. Dieser Schwerkraftriese gehört zu den langsamen Vertretern seiner Gilde. Denn in anderen Galaxien haben Astronomen bereits supermassive Löcher entdeckt, die sich mit mehr als 84 Prozent der maximal möglichen Geschwindigkeit drehen.

Die neuen Erkenntnisse lassen Rückschlüsse auf die Entwicklung und das Verhalten von Schütze A * zu. Denn die Rotation beeinflusst unter anderem, ob ein Schwarzes Loch einen Strahl bildet – einen gerichteten Strahl aus beschleunigten Partikeln und energiereicher Strahlung. „Nach allgemeiner Annahme werden Jets durch rotierende Schwarze Löcher gebildet“, sagen die Forscher.

Kein Jet am Schwarzen Loch?

Bisher ist jedoch umstritten, ob Schütze A * einen solchen Jet besitzt oder nicht. Beobachtungsdaten von Röntgen– und Radioteleskopen möglicher Hinweis auf einen schwachen Partikelfluss. Bisher gibt es jedoch keine eindeutigen Beweise. Die langsame Rotation des Schwarzen Lochs spricht gegen einen größeren Strahl, der aus dem Herzen der Milchstraße kommt, wie Loeb und Fragioni erklären.

Die Daten und Bilder des Event Horizon Telescope könnten bald zeigen, ob dies der Fall ist. Weil das globale Netzwerk von Radioteleskopen nach seinem streben will erstes Foto des Schwarzen Lochs in einer anderen Galaxie kann jetzt auch ein Foto von Schütze A * machen. In diesem könnte ein Jet, falls vorhanden, erkannt werden. (Astrophysical Journal Letters, 2020; doi: 10.3847 / 2041-8213 / abb9b4)

Quelle: Zentrum für Astrophysik | Harvard & Smithsonian

26. Oktober 2020

– Nadja Podbregar