Gasblase fliegt um Schwarzes Loch

Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs

Eine Gasblase bewegt sich um das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße – und zwar mit rund einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit. Was hat es damit auf sich?

Eine Gasblase rast mit einer wahnsinnigen Geschwindigkeit um das Schwarze Loch. Bevor wir uns anschauen, was es damit auf sich hat, springen wir kurz in der Zeit zurück. Vor vier Monaten ist etwas wirklich Galaktisches geschehen. Die erste Aufnahme vom zentralen Schwarzen Loch unserer Galaxis wurde veröffentlicht. Unten seht Ihr das Foto von dem supermassiven Schwarzen Loch im Zentrum der Galaxis, Sagittarius A*. Die helle Akkretionsscheibe aus Material, das von der Schwerkraft des Schwarzen Lochs erfasst wird, ist sehr gut zu erkennen.

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Sagitarrius A* ist ein echtes Schwergewicht und besitzt knapp vier Millionen Sonnenmassen. Wie Ihr sicherlich wisst, beeinflusst die Masse eines Objekts die Raumzeit. Sie wird verformt wie ein Trampolin, auf dem sich ein schweres Objekt befindet. Im Umkreis eines solchen Schwerkraftmonsters wie Sagittarius A* verhält sich die Raumzeit sehr bizarr. 

Foto vom Schwarzen Loch Sagittarius A*
Das erste Foto von einem Schwarzen Loch: Sagittarius A* und die Akkretionsscheibe

90.000 km/s schnelle Gasblase

Dazu passt der Fund, den Astronomen im Umkreis dieses Schwarzen Lochs gemacht haben. Sie entdeckten etwas, das mit einer hohen Geschwindigkeit um den Schlund von Sagittarius A* rast – und zwar mit rund 30 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Das sind umgerechnet knapp 90.000 Kilometer pro Sekunde. 

Um was für eine mysteriöse Struktur könnte es sich hier handeln? Der Astrophysiker Maciek Wielgus vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie sagt: “Wir glauben, dass wir es mit einer heißen Gasblase zu tun haben, die Sagittarius A* auf einer Bahn umkreist, die der des Planeten Merkur ähnelt, aber in nur etwa 70 Minuten eine volle Schleife macht.”

schneller als der Merkur

Es geht also ganz konkret um eine Gasblase, die mit einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit um ein supermassives Schwarzes Loch kreist. Zum Vergleich können wir uns den Merkur anschauen. Der Planet umkreist die Sonne in derselben Entfernung wie die Gasblase das Schwarze Loch. Der Merkur fliegt auf seiner Bahn mit einer Geschwindigkeit von knapp 50 Kilometern pro Sekunde. Das ist 1.800 mal langsamer als die Geschwindigkeit der Gasblase. Aber was ist denn diese Gasblase eigentlich genau und wie entsteht sie?

Dass es in der Nähe des Schwarzen Lochs solche Gasansammlungen gibt, ist nicht ungewöhnlich. Wie wir schon auf der Aufnahme von Sagittarius A* gesehen haben, bilden sich um Schwarze Löcher Akkretionsscheiben, in denen alles mögliche herumgewirbelt wird, was dem Schwarzen Loch zu Nahe kam. Gas, Staub, Licht, Planeten, Sterne und so weiter. Diese Gasblase scheint aber speziell zu sein. 

Flares am Schwarzen Loch ließen Gasblase entstehen

An der Erstellung der ersten Aufnahme von Sagittarius A* war unter anderem das ALMA-Radioteleskop in Chile beteiligt. Als die Forscher dessen Daten isoliert ausgewertet haben, entdeckten sie im Radiobereich, dass Sagittarius A* im Jahre 2017 ein wenig Flatulenzen hatte. Es spuckte einen sogenannten Flare aus, eine Eruption, die meistens durch vorbeiziehende Objekte getriggert wird. Man geht davon aus, dass solche Flares das Ergebnis der Wechselwirkung von heißem Gas mit einem Magnetfeld im Bereich des Schwarzen Lochs sind. 

Darstellung von der NASA von Flares aus einem Schwarzen Loch
Flares: Heiße Gasausbrüche aus einem Schwarzen Loch

Die Forscher bemerkten, dass das heiße Gas stark polarisiertes Licht aussendete, das die Signatur der Synchrotronbeschleunigung aufwies – beides tritt in Gegenwart eines starken Magnetfeldes auf. Man kennt das von der Erde von einigen Teilchenbeschleunigern. In denen befinden sich die Teilchen auf einer Kreisbahn, in die sie durch magnetische Felder gezwungen werden, und in denen bei der Bewegung die Magnetfeldstärke synchron mit der Teilchenenergie erhöht wird – deswegen Synchrotron. Daher wusste man, dass der Gasblob sich so verhält, als hätte ihn ein starkes Magnetfeld beeinflusst. Quasi ein Synchrotronteilchenbeschleuniger, den niemand künstlich erschaffen hat, sondern der auf natürlichem Wege um Sagittarius A* entstanden ist, da Schwarze Löcher oftmals eben gewaltige Magnetfelder aufweisen. 

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Maciek Wielgus sagt: “Was wirklich neu ist, ist, dass solche Flares bisher nur in Röntgen- und Infrarotbeobachtungen von Sagittarius A* deutlich zu sehen waren. Hier sehen wir zum ersten Mal einen sehr starken Hinweis darauf, dass umlaufende Hot Spots auch in Radiobeobachtungen vorhanden sind.”

Wird die Bubble vom Schwarzen Loch verschluckt?

Sagittarius A* erschafft durch seinen Magnetismus also eine festgelegte Kreisbahn, in der die Objekte innerhalb der Akkretionsscheibe gezwungen sind, mit immenser Geschwindigkeit immer und immer weiter zu rotieren. Ob der Gasblob irgendwann verschluckt wird, also sich über den Ereignishorizont bewegt, die Grenze, hinter der selbst Lichtgeschwindigkeit nicht mehr entkommen, ist nicht klar. Denn es gibt ein böses Vorurteil über Schwarze Löcher, nämlich dass sie alles verschlucken, egal wie groß, egal wie weit weg. Dabei haben auch Schwarze Löcher eine bestimmte Schwerkraft und wenn man den richtigen Abstand hält, kann man einen stabilen Orbit um ein Schwarzes Loch halten. Es ist sogar denkbar, dass es Planeten gibt, die um ein Schwarzes Loch orbitieren, so wie unsere Erde um die Sonne. Und die wird ja schließlich auch nicht von der Sonne eingesogen. Solche Planeten bezeichnet man als Blanets, ein Kofferwort aus Planet und Black Hole. 

Szene aus dem Film Interstellar mit dem Schwarzen Loch
Schwerkraftmonster: Das Schwarze Loch Gargantua aus dem Film Interstellar

Besonders gut dargestellt wird das im Science-Fiction-Film Interstellar, auf dem die Protagonisten gleich mehrere solcher Blanets besuchen, die um das Schwarze Loch Gargantua kreisen. Jedenfalls könnte es sein, dass die heiße Gasblase sich wie ein Blanet stabil um Sagittarius A* dreht, da sie durch das Magnetfeld in eine feste Kreisbahn gezwungen wird. In dem Fall wird sie sich noch für sehr lange Zeit weiter bewegen – ein wenig wie ein Uhrzeiger. Nur dass sie nicht wie eine normale Uhr 60 Minuten für eine Umdrehung braucht, sondern 70. Und dass die Uhr nicht gerade an die Wand passen würde, sondern so groß ist wie die Merkurbahn. 

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Sonnengeburt: Milchstraße und Sagittarius kollidieren

Darstellung einer Kollision zwischen der Sagittarius-Zwerggalaxie und der Milchstraße

Eine Zwerggalaxie kracht mit unserer Milchstraße zusammen, rast komplett hindurch und erschafft dabei… unser Sonnensystem. Was völlig verrückt klingt, ist wirklich passiert.

In diesem Moment rast unsere Nachbargalaxie, die Andromeda-Galaxie, mit einer unfassbaren Geschwindigkeit von 113 Kilometern pro Sekunde auf uns zu. Unser Schicksal scheint besiegelt: Die Milchstraße und die Andromeda werden in einigen Milliarden Jahren zu einer gemeinsamen Riesengalaxie verschmelzen. Das ist aber nicht die einzige galaktische Kollision der Milchstraße. Es gibt eine Galaxie, die immer wieder durch die Milchstraße hindurch randaliert, und der wir womöglich unsere Existenz verdanken.

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Sagittarius-Galaxie fliegt durch die Milchstraße

Die Andromeda-Galaxie ist nicht die nächste Galaxie. Es gibt zahlreiche Zwerggalaxien, die gravitativ an unsere Milchstraße gebunden sind. Von dem Begriff Zwerggalaxie solltet Ihr euch nicht täuschen lassen. Denn auch diese kleinen Galaxien enthalten meist mehrere 100 Millionen Sternsysteme – im Gegensatz zu normalen Galaxien, die mehrere 100 Milliarden enthalten. Eine ganz besonders innige Beziehung zur Milchstraße hat die Sagittarius-Zwerggalaxie. Die wurde erst in den 90er Jahren entdeckt und hat einen sehr kuriosen Orbit um unsere Milchstraße. Sie umläuft das Milchstraßenzentrum in einem fast polaren Orbit senkrecht zur galaktischen Scheibe. Sagittarius begnügt sich aber nicht damit, die Milchstraße zu umkreisen. Daten des GAIA-Weltraumteleskops der ESA zeigen, dass sie bereits mehrfach in unsere Galaxis hinein gekracht ist. Sie kam der Milchstraße dabei zu nahe, wurde dann durch die Anziehungskraft eingefangen und rauschte durch sie hindurch. Die GAIA-Wissenschaftler vermuten, dass das vor etwa fünf bis sechs Milliarden Jahren, dann vor rund zwei Milliarden Jahren und schließlich vor einer Milliarde Jahre passierte. 

Der Orbit der Sagittarius-Zwerggalaxie um die Milchstraße herum

So einem Techtelmechteln zwischen der Milchstraße und Sagittarius-Zwerggalaxie verdanken wir vermutlich unsere Existenz. Denn wenn eine Galaxie durch eine andere rast, dann bleibt das natürlich nicht folgenlos. Tomás Ruiz-Lara, Astrophysiker am Instituto de Astrofísica de Canarias auf Teneriffa beschreibt es so: “Die Milchstraße hatte einen ausgeglichenen Zustand erreicht, in dem sich gleichmäßig Sterne bildeten. Plötzlich fällt Sagittarius hinein und stört das Gleichgewicht, wodurch all das zuvor noch unbewegte Gas und der Staub im Inneren der größeren Galaxis wie Wellen auf dem Wasser herumschwappen.” Und wenn Gas, vor allem Wasserstoff, in Galaxien in Wallung gerät, dann entstehen neue Sterne. Sterne sind im Prinzip nur zusammengequetschter Wasserstoff. 

Durch die rasante Tour von Sagittarius durch die Milchstraße kam es zu solch einer neuen Sternentstehung. Unsere Sonne ist das Ergebnis dieses Prozess, sozusagen eine Tochter der Milchstraße und Sagittarius. Warum soll gerade die Sonne dadurch entstanden sein? Das zeigen die Daten des GAIA-Teleskops. In den Gaia-Daten untersuchten die Forscher die Helligkeit, Entfernung und Farbe von Millionen Sternen in unserer galaktischen Nachbarschaft. So konnten die Astronomen das Alter dieser Sterne abschätzen und sie fanden genau drei Episoden, während denen vermehrt Sterne entstanden sein müssen: vor 5,7 Milliarden, 1,9 Milliarden und vor einer Milliarde Jahren.

Frühere Kollisionen zwischen der Milchstraße und der Sagittarius-Zwerggalaxie

Sonnengeburt durch Sagittarius-Effekt

Es sieht so aus, als wäre unsere gesamte galaktische Nachbarschaft, ungefähr in einem Bereich von 6500 Lichtjahren um uns herum, ein Produkt der Sagittarius-Milchstraßen-Kollision. Dr. Carme Gallart, auch aus Teneriffa, sagt: “Wir wissen nicht sicher, ob die Gas- und Staubwolke, aus der die Sonne entstanden ist, aufgrund des Sagittarius-Effekts kollabierte oder nicht. Aber es ist ein mögliches Szenario, da das Alter der Sonne mit der Entstehung eines Sterns infolge des Sagittarius-Effekts übereinstimmt.”

Die Position der Sagittarius-Zwerggalaxie

Und es wird noch spektakulärer: Die GAIA-Forscher haben herausgefunden, dass der Kern der Sagittarius-Zwerggalaxie schon in den nächsten 100 Millionen Jahren erneut mit der Milchstraße kollidiert. Technisch gesehen hat diese Kollision bereits begonnen, denn die Außenbereiche der Galaxien berühren sich bereits. Durch all diese galaktischen Crashs zieht Sagittarius eine Art Schweif aus Sternen und Wasserstoff hinter sich her, den sogenannten Sagittarius-Sternstrom. Dieser galaktische Schweif befindet sich gerade mitten in der Kollision mit unserer Galaxie und wird nach und nach von ihr absorbiert. Man bezeichnet das als Galaxien-Kannibalismus. Genau genommen wird die Sagittarius-Zwerggalaxie von den Gezeitenkräften der Milchstraße zerstört. Aktuell verdaut sie schon den Sagittarius-Sternstrom und irgendwann wird sie sich die komplette Zwerggalaxie einverleiben. 

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Kosmischer Kannibalismus

Voraussichtlich in einer Milliarde Jahr wird die Verschmelzung komplett abgeschlossen sein und die Sagittarius-Zwerggalaxie ist dann integraler Bestandteil unserer Milchstraße. Durch all diese Prozesse wird es natürlich wieder dazu kommen, dass galaktisches Gas in Wallung gerät und neue Sterne entstehen. Vielleicht werden dann neue Sonnensysteme geboren und in einigen Milliarden Jahren wundern sich die außerirdischen Bewohner dort genauso über ihre galaktische Herkunft wie wir. 

Und der Appetit der Milchstraße wird damit nicht gesättigt sein, es existieren noch zahlreiche weitere Zwerggalaxien um uns herum, die diesem kosmischen Kannibalismus zum Opfer fallen werden, wie beispielsweise die Canis-Major-Zwerggalaxie. Wie nah diese Trabanten uns teilweise sind, seht Ihr daran, dass unser Sonnesnystem nur 25.000 Lichtjahre von der Canis-Major-Galaxie entfernt ist. Diese ist damit näher an uns dran als das galaktische Zentrum der Milchstraße mit seinem supermassiven Schwarzen Loch Sagittarius A*.

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