„Es brodelt nur so vor Aktivität und kommt niemals zur Ruhe“

Im Zentrum der Milchstraße geht es turbulent zu. Wie Beobachtungen eines Forschungsteams aus den USA und Australien mit dem Weltraumteleskop James Webb zeigen, flackert die Strahlung aus der Umgebung des supermassereichen Schwarzen Lochs Sagittarius A* auf überraschende Art und Weise.

Die Astronomen erwarteten einzelne Strahlungsausbrüche – doch ihre Messungen zeigen ständige Änderungen der Helligkeit auf Zeitskalen von Sekunden bis hin zu Monaten. Vermutlich seien mehrere unterschiedliche Prozesse für die Schwankungen verantwortlich, schreiben die Wissenschaftler im Fachjournal „Astrophysical Journal Letters“.

Seit Langem wissen die Himmelsforscher, dass unsere Milchstraße in ihrem Mittelpunkt ein großes Schwarzes Loch mit der etwa viermillionenfachen Masse unserer Sonne beherbergt. Damit ist die Milchstraße keine Ausnahme: Nahezu alle Galaxien enthalten in ihren Zentren solche supermassereichen Schwarzen Löcher. Mit ihrer Schwerkraft ziehen diese gewaltigen Objekte Gas aus der Umgebung an, das sich in schnell rotierenden Scheiben um die Schwarzen Löchern ansammelt.

Das Gas in diesen „Akkretionsscheiben“ heizt sich durch Reibung stark auf – auf viele Hunderttausend oder gar Millionen Grad – und leuchtet deshalb hell. Diese Strahlung aus dem Zentrum unserer Milchstraße haben Farhad Yusef-Zadeh von der Northwestern University in Evanston, USA, und seine Kollegen mit dem Webb-Teleskop beobachtet.

„Helligkeitsausbrüche erwarten wir bei allen supermassereichen Schwarzen Löchern“, erläutert Yusef-Zadeh, „doch unser Schwarzes Loch ist anders: Es brodelt nur so vor Aktivität und kommt niemals zur Ruhe.“ Das Team hat Sagittarius A* in den vergangenen zwei Jahren mit dem Webb-Teleskop mehrere Male für jeweils acht bis zehn Stunden im Infrarot-Bereich beobachtet. „Bei jeder Beobachtung stellten wir Veränderungen fest“, so der Forscher weiter. „Es blieb nie, wie es war.“

Die Messungen der Forscher zeigen nicht nur – wie erwartet – tägliche, sehr helle Strahlungsausbrüche, sondern überraschend auch ein ständiges schwaches Flackern im Bereich von wenigen Sekunden. Darüber hinaus schwankt die Infrarot-Helligkeit auch langfristig über Monate hinweg. „Die Helligkeit blieb zu keiner Zeit konstant – und das ist überraschend“, sagt Yusef-Zadeh.

Rätselhaftes Muster

Unvermutet war für die Forscher auch die Unregelmäßigkeit der Schwankungen. „Wir konnten kein Muster in der Aktivität finden“, so der Forscher, „sie scheint völlig zufällig zu verlaufen. Jedes Mal, wenn wir beobachtet haben, sahen wir etwas Neues und Überraschendes.“

Unterschiedliche Prozesse müssen für die verschiedenen beobachteten Veränderungen verantwortlich sein, vermuten die Wissenschaftler. Das schwache Flackern könnte auf Turbulenzen innerhalb der Akkretionsscheibe zurückgehen, während die hellen Ausbrüche möglicherweise durch schlagartige Veränderungen im Magnetfeld um das Schwarze Loch ausgelöst werden. Für die langfristigen Variationen haben Yusef-Zadeh und seine Kollegen bislang keine Erklärung anzubieten.

Sagittarius A* ist mit einer Entfernung von etwa 26.000 Lichtjahren das der Erde am nächsten gelegene supermassereiche Schwarze Loch. Es bietet Astronomen daher die Chance, durch genaue Beobachtungen die Prozesse in der Umgebung solcher Objekte zu erforschen.

Das „*“ im Namen dieser Formation sieht zwar aus wie ein Gendersternchen, hat damit aber gar nichts zu tun. Gesprochen wird der Name „Sagittarius A Stern“. Er erinnert an die lange Entdeckungsgeschichte des Schwarzen Lochs: 1932 hatte ein Radioingenieur die Störung in der einer Transatlantik-Funkverbindung untersucht und dabei im Sternbild Schütze, lateinisch: Sagittarius, eine starke Radioquelle entdeckt.

Das Sternsymbol steht in der Astrophysik für „Asterisk“. Es wurde in den 1970er-Jahren hinzugefügt, weil US-Astronomen vermuteten, die mysteriöse Radioquelle rege ihre Umgebung zur Aussendung von Strahlung an. Später stellte sich das als falsch heraus.

Dass die Funkstörung auf ein supermassereiches Schwarzes Loch zurückgeht, entdeckte ein Team von Astrophysikern um Andrea Ghez und Reinhard Genzel in den 1990er-Jahren. 2020 war das den Nobelpreis der Physik wert. Weil um Sagittarius A* sogenannte Fermi-Blasen messbar sind, kugelige Strukturen aus Gammastrahlung, schließt man, dass die Milchstraße einmal eine aktive Galaxie gewesen sein könnte.

Yusef-Zadeh und seine Kollegen haben bereits weitere Beobachtungszeit am Webb-Teleskop beantragt, um die Helligkeit von Sagittarius A* möglichst ununterbrochen über einen Zeitraum von mindestens 24 Stunden zu messen. Damit möchten die Forscher herausfinden, ob die Schwankungen sich wiederholen oder periodisch auftreten – und so ihren Ursachen weiter auf die Spur kommen.