AstronomieEin Magnetfeld füttert das Schwarze Loch der Milchstraße

Im Herzen unserer Galaxie schluckt ein Schwarzes Loch Materie. Wie genau, konnten Astronomen bislang kaum erforschen. Die Überreste eines toten Sterns dürften das ändern. von Rainer Kayser

Eine Zeichnung des Pulsars PSR J1745-2900. Den schnell rotierenden Neutronenstern umgibt ein starkes Magnetfeld. Er befindet sich nahe des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Galaxie.

Eine Zeichnung des Pulsars PSR J1745-2900. Den schnell rotierenden Neutronenstern umgibt ein starkes Magnetfeld. Er befindet sich nahe dem Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxie.  |  © Ralph Eatough/MPIfR

Wie bei allen großen Galaxien sitzt auch im Zentrum der Milchstraße ein Supermassives Schwarzes Loch. Das Viermillionenfache der Masse unserer Sonne bringt es auf die Waagschale. Das Monstrum verschlingt Gas aus seiner Umgebung und liegt praktisch in unmittelbarer Nachbarschaft zu uns. Statt Millionen oder gar Milliarden von Lichtjahren ist es "nur" 26.000 Lichtjahre entfernt. Ideal also, um den Materiesauger zu erforschen. Selbst die Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie für das Verhalten von Raum und Zeit unter dem Einfluss extremer Schwerkraft lassen sich hier überprüfen.

Allerdings fehlten Astronomen bislang geeignete Fühler, um das Treiben am Schwarzen Loch zu untersuchen. Umso glücklicher erweist sich nun ein Zufall: Seit März beobachtet der amerikanische Röntgensatellit Swift tagtäglich die Bewegung einer Gaswolke, die eng am Schwarzen Loch vorbeirauscht. Sie enthält etwa das Dreifache der Erdmasse an Gas und ist durch das extreme Gravitationsfeld des Schwarzen Lochs über eine Länge von 160 Milliarden Kilometern auseinander gezogen. Im April registrierten die Detektoren von Swift ungewöhnliche Strahlungsausbrüche im Röntgenbereich. Zunächst der Wolke zugeordnet, zeigten genauere Beobachtungen, dass Forscher am Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie auf einen Pulsar gestoßen waren. 

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Pulsare sind rasch rotierende Neutronensterne – also kompakte Überreste toter Sterne – die regelmäßige Strahlungspulse aussenden. Nach weiteren Messungen stand fest: Der Pulsar eignet sich als passendes Analyse-Instrument. Mit ihm als Strahlungsquelle lässt sich das Gas in der Umgebung des Schwarzen Lochs durchleuchten.

Was sind schwarze Löcher?

Vor fast 100 Jahren wurde eine Theorie entwickelt, die schwarze Löcher erstmals auf eine vernünftige, mathematische Basis stellte. In den sechziger und siebziger Jahren ergaben Berechnungen wichtige theoretische Erkenntnisse über Schwarze Löcher.

Heute wird davon ausgegangen, dass schwarze Löcher so dicht und reich an Masse sind, dass nicht einmal das Licht ihnen zu entkommen vermag.

So stürzen auch Staub und Gase aus dem Zentrum einer Galaxie geradezu in ein schwarzes Loch hinein und setzen dabei Energie frei. Man spricht vom Aktiven Galaktischen Kern (AGN). Dieser ist es auch, der die schwarzen Löcher auf Bildern als grelle Lichtpunkte erscheinen lässt.

Schwarze Löcher an sich sind unsichtbar. Man kann nur anhand der Auswirkung auf ihre Umgebung auf ihre Existenz schließen.

Typen

Es gibt zwei Typen von schwarzen Löchern: Die stellaren schwarzen Löcher und die supermassereichen oder auch supermassiven schwarzen Löcher.

Stellare Schwarze Löcher sind eine Folge der Sternentwicklung. Explodiert ein Stern am Ende seines Lebens als Supernova, kann der übrig bleibende Sternenrest zu einem schwarzen Loch kollabieren. Diese schwarzen Löcher haben geschätzt acht bis 15 Mal die Masse unserer Sonne.

Der Ursprung supermassiver Schwarzer Löcher ist bislang unbekannt. Fakt ist nur, dass diese Millionen bis Milliarden Mal schwerer sind als unsere Sonne und nach heutigen Wissensstand nahezu in jeder Galaxie vorkommen.

Raum und Zeit

Schwarze Löcher rufen eine enorme Krümmung von Raum und Zeit in ihrer Umgebung hervor. Diese Krümmung ist so gigantisch, dass Strahlung und Teilchen, die dem Schwarzen Loch zu nahe kommen, für immer verschwinden.

Seit 20 Jahren schon suchen Astronomen nach solchen Pulsaren im galaktischen Zentrum. Verständlich, dass die Himmelsforscher auf der ganzen Welt über die Swift-Entdeckung völlig aus dem Häuschen waren und sofort alle verfügbaren Instrumente auf das neue Objekt richteten. Wie sich zeigte, gehört PSR J1745-2900 – so die Katalognummer der Neuentdeckung – zu einer speziellen Klasse von Pulsaren: Er ist ein sogenannter Magnetar, ein Neutronenstern mit einem extrem starken Magnetfeld von bis zu 100 Millionen Tesla – hundert Billionen Mal stärker als das irdische Magnetfeld.

Kräftiges Magnetfeld umgibt Schwarzen Lochs

Die Radiostrahlung von Magnetaren ist stark polarisiert, sie schwingt also in einer genau festgelegten Ebene. Das bietet den Forschern die Chance, das Magnetfeld in der Umgebung des Pulsars – und damit des Schwarzen Lochs – zu untersuchen. Denn beim Durchqueren eines magnetischen Felds dreht sich durch den sogenannten Faraday-Effekt die Ebene der polarisierten Strahlung. Messungen mit dem hundert Meter großen Radioteleskop in Effelsberg zeigen eine starke Faraday-Drehung. Die Strahlungspulse treffen also, so die Folgerung der Bonner Astronomen, auf ein kräftiges, geordnetes Magnetfeld

Bislang war die Magnetisierung des umgebenden Gases des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße unbekannt. Dabei ist sie "ein entscheidender Parameter für die Struktur des Materiezustroms", sagt der Astronom Michael Kramer. "Unsere Beobachtungen des neu entdeckten Pulsars haben das geändert." Kramer hat seine Ergebnisse zusammen mit Ralph Eatough und weiteren Kollegen im Magazin Nature veröffentlicht.

Mithilfe des Pulsars lässt sich nun auch jene Strahlungsquelle analysieren, die das Schwarze Loch selbst erzeugt. So entsteht Strahlung im langwelligen Radio- bis hin zum hochenergetischen Röntgenbereich, wenn das Schwarze Loch mit seiner gewaltigen Schwerkraft Gas ansaugt. Diesen Zustrom von Materie können die Astronomen nun nachvollziehen.

Sie hoffen zudem, weitere Pulsare im Zentrum der Milchstraße zu entdecken. Das würde ihnen eine Kartierung des gesamten Magnetfelds in der Umgebung des Schwarzen Lochs ermöglichen. Außerdem sind Pulsare kosmische Uhren und erlauben eine genaue Vermessung von Raum und Zeit und so einen Test der Relativitätstheorie. Tatsächlich sollte es in der Nähe des galaktischen Zentrums nach den Vorstellungen der Astronomen mehr als tausend Pulsare geben. Warum man diese bislang nicht gefunden hat, ist ebenfalls ein noch ungelöstes Rätsel.

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Leserkommentare
  1. 3 Leserempfehlungen
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    • JP06
    • 15. August 2013 9:38 Uhr

    Schön mal solch einen Artikel in der Zeit zu lesen.

    Das Sommerloch wird doch schon wunderbar von Wahlkampf, Drohnen und NSA gefüttert;)

  2. Also das schwarze Loch besitzt ein Magnetfeld, welches durch die Polarisationsdrehung von Pulsarstrahlung sich manifestiert hat? Und der Pulsar ist sogar ein Magnetar, und dann noch nur 0,5 LJ entfernt?

    Wer hat denn dieses geniale Experiment aufgebaut?

    BTW Ihr link zu "Nature" scheint bei mir nur zu funzen, wenn man dort Kunde ist. Ich hab hier mal nachgeschaut:

    http://www.spektrum.de/al...

    Danke für den Artikel :-)

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    Danke für den Link, der Artikel im Spektrum scheint mir sehr lesenswert. Er erklärt mir jedenfalls besser, worum es eigentlich geht. :-)

    • Trypsin
    • 15. August 2013 10:14 Uhr

    @vasudeva
    Der Artikel bei Spektrum.de ist etwas verständlicher geschrieben.

    Jedenfalls ist das sehr spannend, obwohl es für Laien etwas kompliziert ist.

    Das Einzige, was mir nicht klar ist, ist die Aussage über das Magnetfeld. Ist es denn normal, dass ein Schwarzes Loch ein Magnetfeld hat oder eher eine Besonderheit? Was ist in dem Artikel mit der Ausrichtung des Magnetfelds gemeint? Warum hat diese Ausrichtung einen Einfluss auf das Verschlucken der Materie? Was passiert eigentlich mit der verschluckten Materie?

  3. Nach Kant gilt das für alle Dinge "an sich".
    Offensichtlich sind schwarze Löcher sichtbar, denn man kann sie ja sehen.
    Man empfängt Licht allerdings nicht aus ihrem Inneren.
    Auch von der Sonne sehen wir nur die Oberfläche.
    Übrigens: Wer sich nur mit dem Ding an sich beschäftigt....

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    yo, bei der Sonne kommt aber die Energie des sichtbaren doch aus dem Inneren, beim schwarzen Loch nicht. Das Ding an sich ist jedoch immer fühlbar. Gezeiten.

  4. yo, bei der Sonne kommt aber die Energie des sichtbaren doch aus dem Inneren, beim schwarzen Loch nicht. Das Ding an sich ist jedoch immer fühlbar. Gezeiten.

    2 Leserempfehlungen
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    So so, da fühlt jemand den schwarzen Löchern auf den Zahn ...
    Mir wurde ja immer erzählt der Mond wäre für die Gezeiten verantwortlich. Selber habe ich allerdings auch noch nie die gezeiten gefühlt. Wahrscheinlich deshalb, dass ich nicht so wahsinnig bin bei Flut oder Ebbe baden zu gehen.
    Wie auch immer, um Gezeiten zu bewirken würde ich ja erwarten, dass sich ein Massereiches Objekt um einen Ozean herum bewegt. Steht die Erde etwa wieder im Mittelpunkt, um den sich alles dreht ...?

  5. So so, da fühlt jemand den schwarzen Löchern auf den Zahn ...
    Mir wurde ja immer erzählt der Mond wäre für die Gezeiten verantwortlich. Selber habe ich allerdings auch noch nie die gezeiten gefühlt. Wahrscheinlich deshalb, dass ich nicht so wahsinnig bin bei Flut oder Ebbe baden zu gehen.
    Wie auch immer, um Gezeiten zu bewirken würde ich ja erwarten, dass sich ein Massereiches Objekt um einen Ozean herum bewegt. Steht die Erde etwa wieder im Mittelpunkt, um den sich alles dreht ...?

    Antwort auf "Sichtbarkeit"
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    ...sind Ihre biologisch gegebenen Sinne manchmal nicht empfindlich genug für kosmologische Dinge. Das gilt für Sichtbarkeit, als auch für Fühlbarkeit. Deshalb bauen Menschen mitunter auch Messinstrumente.

    "Mir wurde ja immer erzählt der Mond wäre für die Gezeiten verantwortlich."

    Tja, dann sollten sie sich bei Gelegenheit vielleicht etwas über die Gezeitenkraft erzählen lassen und davon, dass die Gezeitenkraft ganz generell eine Kraft ist, die nachgeordnet nach der Gravitationskraft von einem Himmelskörper auf den anderen Himmelskörper einwirkt.

    "Wie auch immer, um Gezeiten zu bewirken würde ich ja erwarten, dass sich ein Massereiches Objekt um einen Ozean herum bewegt."

    Dann sollten Sie Ihre Erwatungshaltung dringend korrigieren - für Gezeitenkräfte braucht es einfach nur Himmelskörper - Ozeane sind da doch eine sehr irdische Erwartungshaltung.

    "Steht die Erde etwa wieder im Mittelpunkt, um den sich alles dreht ...?"

    Nein, nicht im Artikel, sondern eher bei Ihrer Erwartungshaltung ^^

    Etwas missverständlich ausgedrückt.
    Die Gezeiten auf den Ozenanen und Meeren der Erde werden nicht in messbarem Rahmen von der Gravitation des zentralen schwarzen Lochs beeinflusst, dazu ist das Ding zu weit weg.

    Das Prinzip allerdings, die Kräfte die auf der Erde für die Gezeiten sorgen, gibt es in jedem System, in dem sich Massen umlaufen, je nach Massen mitunter sehr viel stärker, so gibt es Jupitermonde, dessen Gesteinskerne dadurch flüssig gehalten werden. Diese Kräfte werden Gezeitenkräfte genannt.

    Wieso können sie die Gezeiten nicht fühlen? Wenn Sie einfach mal ins Watt gehen und dort einige Stunden bleiben, geht das doch ganz gut.

    Übrigens steht die Erde bei den Gezeiten nicht im Mittelpunkt. Der Mittelpunkt für diese Massenanziehung liegt zwischen Erde und Mond.

  6. ...sind Ihre biologisch gegebenen Sinne manchmal nicht empfindlich genug für kosmologische Dinge. Das gilt für Sichtbarkeit, als auch für Fühlbarkeit. Deshalb bauen Menschen mitunter auch Messinstrumente.

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    Antwort auf "Fühlbarkeit"
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    geht an alraschid, Vadudeva und benutzer2.

    • Dr.Um
    • 14. August 2013 22:12 Uhr

    Ich bin nicht sicher, wer genau der Adressat des Artikels ist.
    Monstrum und Materiesauger werden genutzt, um Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie unter dem Einfluss extremer Schwerkraft als Treiben Schwarzer Löcher zu verifizieren?
    Pulsar und Magnetar werden eingeführt, gefolgt vom Faraday-Effekt, um den Zustrom von Materie zu Charakterisieren. Und nochmal kosmische Uhren und Relativitätstheorie. Meine Erwartung ist, dass der Beitrag weder für Fachleute noch für anderweitig an der Thematik Interessierte ein Quell der Klarheit ist.

    4 Leserempfehlungen
  7. "Mir wurde ja immer erzählt der Mond wäre für die Gezeiten verantwortlich."

    Tja, dann sollten sie sich bei Gelegenheit vielleicht etwas über die Gezeitenkraft erzählen lassen und davon, dass die Gezeitenkraft ganz generell eine Kraft ist, die nachgeordnet nach der Gravitationskraft von einem Himmelskörper auf den anderen Himmelskörper einwirkt.

    "Wie auch immer, um Gezeiten zu bewirken würde ich ja erwarten, dass sich ein Massereiches Objekt um einen Ozean herum bewegt."

    Dann sollten Sie Ihre Erwatungshaltung dringend korrigieren - für Gezeitenkräfte braucht es einfach nur Himmelskörper - Ozeane sind da doch eine sehr irdische Erwartungshaltung.

    "Steht die Erde etwa wieder im Mittelpunkt, um den sich alles dreht ...?"

    Nein, nicht im Artikel, sondern eher bei Ihrer Erwartungshaltung ^^

    4 Leserempfehlungen
    Antwort auf "Fühlbarkeit"

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  • Quelle ZEIT ONLINE
  • Schlagworte Milchstraße | Astronomie | Gas
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