20 Jahre gesucht: Fehlendes Puzzleteil bei Schwarzem Loch gefunden

Forscher konnten eine Wissenslücke um das Schwarze Loch im Kern der Milchstraße schließen. Seit den 1990er-Jahren wurden regelmäßige Strahlungsausbrüche (Flares) bei Sagittarius A* (Sgr A*) in verschiedenen Wellenlängen beobachtet. Bisher fehlte aber ein entscheidendes Puzzleteil: Aufnahmen im mittleren Infrarot-Bereich (Mid-IR). 

Infrarotlicht hat längere Wellenlängen als sichtbares Licht und kürzere Wellenlängen als Radiostrahlung. Beobachtungen im Infrarotbereich ermöglichen es Wissenschaftlern beispielsweise, durch Staubschichten hindurchzublicken, was im sichtbaren Bereich nicht möglich ist.  

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Strahlungsausbruch verändert sich schnell

Nun haben Astronomen des Max Planck Instituts für Radioastronomie und dem Center for Astrophysics (Havard und Smithsonian) das Schwarze Loch erstmals mit dem Instrument MIRI des James Webb Teleskops im Mid-IR beobachtet. „Der Ausbruch von Sgr A* entwickelt und verändert sich schnell, innerhalb weniger Stunden, und nicht alle diese Veränderungen können bei jeder Wellenlänge gesehen werden“, sagt der Hauptautor der Studie, Joseph Michail, in einem Statement.

 „Seit über 20 Jahren wissen wir, was im Radio und was im nahen Infrarot passiert, aber die Verbindung zwischen beiden war nie 100-protenzig klar oder sicher. Diese neue Beobachtung im mittleren Infrarot füllt diese Lücke und verbindet die beiden Bereiche.“

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Magnetfeldlinien könnten Ausbruch verursachen

Die Ursache für diese Flares ist allerdings noch nicht vollständig geklärt. Mithilfe von Modellberechnungen und Simulationen konnten die Forscher aber eine Theorie aufstellen. Demnach entstehen sie durch die Bündelung der Magnetfeldlinien, die in der Akkretionsscheibe zu finden sind. Diese dreht sich um das Schwarze Loch und transportiert Material ins Innere. 

Wenn 2 Magnetfeldlinien aufeinandertreffen, können sie verschmelzen. Dabei wird ein hohes Maß an Energie frei, unter anderem die sogenannte Synchrotronemission. Sie entsteht, wenn sich energiereiche Elektronen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit entlang der Magnetfeldlinien bewegen.  

Damit dabei die Strahlungsausbrüche freigesetzt werden können, müssen die Elektronen abkühlen, vermuten die Forscher. Die jetzt im mittleren Infrarotbereich beobachtete Strahlung, deckt sich mit dieser Annahme. 

Beobachtungen in mehreren Wellenlängen nötig

Sgr A* wurde gleichzeitig mit dem James Webb Teleskop, dem Submillimeter-Array (SMA), dem Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) und dem Chandra-Röntgenobservatorium beobachtet. So konnten die Forscher den Verlauf eines Strahlungsausbruchs verfolgen. 

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10 Minuten vor dem Ausbruch im mittleren Infrarotbereich tauchte zudem ein Ausbruch im Millimeterwellenbereich auf. Auch wenn dieser Flare nicht energiereich genug war, um auf den Röntgenaufnahmen zu sehen zu sein, betonen die Forscher die Wichtigkeit der Beobachtung in verschiedenen Wellenlängen. 

Nur so könne der gesamte Verlauf von Strahlungsausbrüchen erfasst und zeitlich eingeordnet werden. Auch andere Schwarze Löcher wie M87* sollen künftig so beobachtet werden. Die Ergebnisse der Studie sind im Fachmagazin Astrophysical Journal Letters erschienen.