Supermassive Schwarze Löcher existieren in den Zentren der meisten Galaxien, und unsere Milchstraßen-Galaxie ist dabei keine Ausnahme. Aber viele andere Galaxien besitzen hochgradig aktive Schwarze Löcher, was bedeutet, dass große Mengen Materie in sie hineinfallen. Bei diesem Akkretionsprozess wird hochenergetische Strahlung emittiert. Das zentrale Schwarze Loch der Milchstraßen-Galaxie ist dagegen relativ ruhig. Neue Beobachtungen des Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) helfen Wissenschaftlern, die Unterschiede zwischen aktiven und ruhigen Schwarzen Löchern zu verstehen.
Diese Ergebnisse liefern beispiellose Informationen über die starken Magnetfelder im Zentrum der Milchstraßen-Galaxie. Wissenschaftler nutzten für diese Messungen SOFIAs neuestes Instrument, die High-resolution Airborne Wideband Camera-Plus (HAWC+).
Magnetfelder sind unsichtbare Kräfte, die die Bahnen geladener Teilchen beeinflussen und signifikante Auswirkungen auf die Bewegungen und Entwicklung von Materie im Universum haben. Aber Magnetfelder können nicht direkt abgebildet werden, deshalb ist ihre Rolle nicht gut verstanden. Das HAWC+-Instrument registriert polarisiertes, ferninfrarotes Licht, welches von kosmischen Staubkörnchen emittiert wird, aber für das menschliche Auge unsichtbar ist. Diese Staubkörnchen richten sich senkrecht zu magnetischen Feldern aus. Aus den SOFIA-Ergebnissen können Astronomen die Form und Stärke der ansonsten unsichtbaren Magnetfelder ableiten. Das hilft dabei, diese fundamentale Naturkraft zu visualisieren.
„Dies ist einer der ersten Orte, wo wir wirklich sehen können, wie magnetische Felder und interstellare Materie miteinander interagieren“, sagte die Astrophysikerin Joan Schmelz vom Universities Space Research Center am Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley. Sie ist eine Co-Autorin einer Abhandlung, die die Beobachtungen beschreibt. „HAWC+ ist bahnbrechend.“
Frühere Beobachtungen von SOFIA zeigen den geneigten Ring aus Gas und Staub um das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraßen-Galaxie, das als Sagittarius A* bezeichnet wird. Aber die neuen Daten von HAWC+ bieten eine einzigartige Sicht auf das Magnetfeld in dieser Region, was die Geschichte dieser Region während der letzten 100.000 Jahre zurückzuverfolgen scheint. Einzelheiten dieser SOFIA-Beobachtungen des Magnetfeldes wurden auf dem Treffen der American Astronomical Society im Juni 2019 vorgestellt und werden beim Astrophysical Journal eingereicht.
Die Gravitation des Schwarzen Lochs dominiert die Dynamiken im Zentrum der Milchstraßen-Galaxie, aber die Rolle der Magnetfelder war bislang ein Rätsel. Die neuen Beobachtungen von HAWC+ offenbaren, dass das Magnetfeld stark genug ist, um die turbulenten Bewegungen des Gases zu begrenzen. Wenn das Magnetfeld das Gas so kanalisiert, dass es in das Schwarze Loch strömt, dann ist das Schwarze Loch aktiv, weil es eine Menge Gas verschlingt. Wenn das Magnetfeld das Gas jedoch so kanalisiert, dass es in eine Umlaufbahn um das Schwarze Loch strömt, dann ist das Schwarze Loch ruhig, weil es kein Gas verschlingt, welches sonst letztendlich neue Sterne bilden würde.
Die Forscher kombinierten SOFIA-Bilder in mittel- und ferninfraroten Wellenlängen mit neuen Strömungslinien, die die Richtung des Magnetfeldes anzeigen. Die blaue Y-förmige Struktur ist warme Materie, die in Richtung des Schwarzen Lochs fällt. Das Schwarze Loch selbst befindet sich nahe des Schneidepunktes der beiden Arme der Y-förmigen Struktur. Die Überlagerung der Struktur des Magnetfeldes auf das Bild offenbart, dass das Magnetfeld der Form der Staubstruktur folgt. Jeder der blauen Arme besitzt seine eigene Feldkomponente, die sich vom Rest des Rings (pink) deutlich unterscheidet Aber es gibt auch Orte, wo sich das Feld von den Hauptstaubstrukturen wegdreht, etwa die Endpunkte des Rings oben und unten.
„Die Spiralform des Magnetfelds kanalisiert das Gas in eine Umlaufbahn um das Schwarze Loch“, sagte Darren Dowell vom Jet Propulsion Laboratory der NASA, der leitende Forscher des HAWC+-Instruments und Hauptautor der Studie. „Das könnte erklären, warum unser Schwarzes Loch ruhig ist, während andere aktiv sind.“
Die neuen SOFIA- und HAWC+-Beobachtungen helfen festzustellen, wie Materie in der extremen Umgebung eines supermassiven Schwarzen Lochs mit selbigem interagiert. Außerdem sprechen sie die lange bestehe Frage an, warum das zentrale Schwarze Loch in der Milchstraßen-Galaxie relativ schwach ist, während jene in anderen Galaxien so hell sind.
SOFIA ist eine modifizierte Boeing 747SP mit einem 2,7-Meter-Teleskop. Es ist ein Gemeinschaftsprojekt der NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Das Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley leitet das SOFIA-Programm, sowie die wissenschaftlichen und missionsspezifischen Operationen in Zusammenarbeit mit der Universities Space Research Association (USRA) mit Sitz in Columbia (Maryland) und dem Deutschen SOFIA Institute (DSI) an der Universität Stuttgart. Das Flugzeug ist am Hangar 703 des Armstrong Flight Research Center der NASA in Palmdale (Kalifornien) stationiert. Das HAWC+-Instrument wurde von einem institutübergreifenden Team unter Leitung des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena (Kalifornien) entwickelt.
(THK)
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