Dennis L.
Im Zentrum der Milchstraße haben Astronomen erstmals einen Wind von Sagittarius A* nachgewiesen. Die Spur liegt nicht als leuchtender Strahl vor, sondern als große Kegelhöhle im kalten Gas rund um das Schwarze Loch. Der Fund beendet eine rund 50 Jahre lange Suche nach einem Ausfluss aus dem sonst eher ruhigen Galaxienkern. Er zeigt, dass auch ein schwach aktives Schwarzes Loch seine Umgebung messbar formt.
Schwarze Löcher gelten oft als kosmische Fallen, in denen Materie, Strahlung und selbst Licht nicht mehr entkommen. Für die Entwicklung von Galaxien ist aber ebenso wichtig, was nicht verschluckt wird. Wenn Gas in Richtung eines supermassereichen Schwarzen Lochs strömt, sammelt es sich in einer heißen, dichten Umgebung, wird stark beschleunigt und kann magnetische sowie thermische Prozesse auslösen. Ein Teil der Materie fällt weiter nach innen, ein anderer Teil wird aus dem Zentrum herausgedrückt. Diese Ausflüsse können als schmale Jets oder als breitere Winde auftreten. In aktiven Galaxien sind solche Prozesse oft so stark, dass sie Gas aus ganzen Sternentstehungsgebieten entfernen. In der Milchstraße war der entsprechende Nachweis bisher schwierig, weil Sagittarius A* im Vergleich zu vielen anderen Galaxienkernen nur schwach aktiv ist.
Der neue Befund ist deshalb besonders spannend, weil er den heimischen Galaxienkern nicht als Ausnahme erscheinen lässt, sondern als schwache, nahe Variante eines universellen Prozesses. Sagittarius A* liegt rund 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt und besitzt etwa vier Millionen Sonnenmassen. Die Umgebung ist durch Staub, Gas, Sternwinde und starke Strahlung komplex, sodass einzelne Strukturen leicht überdeckt werden. Nach Angaben der Northwestern University wurde die nun sichtbare Form mit besonders tiefen Radiodaten von ALMA und ergänzenden Röntgendaten von Chandra rekonstruiert. Damit rückt ein Vorgang in den Blick, der bei fernen Galaxien oft nur in extremer Form erkennbar ist, im Zentrum der Milchstraße aber in einer viel ruhigeren Phase beobachtet werden kann.
Das Entscheidende an der Entdeckung ist nicht ein direkt fotografierter Wind, sondern eine auffällige Lücke im kalten molekularen Gas. Die Forscher fanden nahe Sagittarius A* eine kegelförmige Region, in der kaltes Gas fehlt. Diese Kegelhöhle ist mindestens etwa ein Parsec lang, also rund 3,26 Lichtjahre, und öffnet sich mit einem Winkel von etwa 45 Grad. Ihre Form passt zu einem heißen Wind, der vom Schwarzen Loch ausgeht und das kalte Gas aus seinem Weg räumt oder so stark erhitzt, dass es in den verwendeten Beobachtungen nicht mehr als kalte Molekülstruktur erscheint. Für die Astronomie ist das ein indirekter, aber physikalisch starker Hinweis, weil die Geometrie genau vom Zentrum weg zeigt und zu bekannten Modellen von Ausflüssen aus aktiven Galaxienkernen passt.
Für die Messung nutzte das Team fünf Jahre besonders tiefe Beobachtungen des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, kurz ALMA. Dieses Radioteleskop in Chile kann kaltes Gas über Molekülsignaturen kartieren und dadurch Strukturen sichtbar machen, die optisch nicht zu erkennen sind. Zusätzlich flossen Röntgendaten des NASA-Weltraumteleskops Chandra ein, um heißes Gas und energetische Prozesse im Zentrum der Milchstraße einzuordnen. Der technische Fortschritt war dabei zentral: Die neue Karte soll deutlich tiefer und schärfer sein als frühere Darstellungen des Bereichs. Dadurch wurde eine Form sichtbar, die zuvor im Signal des hellen Radiozentrums und in der unübersichtlichen Umgebung verborgen blieb. Frühere Beobachtungen hatten bereits schnelle Gasbewegungen nahe Sagittarius A* gezeigt, doch der nun beschriebene Ausfluss betrifft eine deutlich größere Umgebung.
Die Entdeckung verändert die Einordnung von Sagittarius A*, weil das Schwarze Loch lange als vergleichsweise inaktiv galt. Es verschlingt derzeit nur wenig Materie und sendet keine extremen Jets aus, wie sie bei vielen aktiven Galaxienkernen beobachtet werden. Gerade deshalb war die Suche nach einem Wind so langwierig. Theoretisch erwarten Astronomen bei jedem supermassereichen Schwarzen Loch, das Materie aus seiner Umgebung aufnimmt, auch eine Gegenbewegung nach außen. Die neue Studie im Astrophysical Journal Letters liefert nun den bisher klarsten Hinweis darauf, dass dieser Mechanismus auch im Zentrum der Milchstraße aktiv ist. Der Wind ist nach derzeitigem Stand jedoch keine kosmische Sturmfront, sondern ein schwacher, dauerhafter Ausfluss.
Der Unterschied zwischen einem Jet und einem Wind ist für die Interpretation wichtig. Ein Jet ist ein enger, stark gebündelter Strahl aus beschleunigtem Material, der weit aus dem Zentrum einer Galaxie herausreichen kann. Ein Wind ist breiter, weniger fokussiert und verteilt seine Energie auf eine größere Fläche. Bei Sagittarius A* deutet die Kegelhöhle auf einen solchen breiten Ausfluss hin. Er ist offenbar nicht stark genug, um das gesamte Milchstraßenzentrum radikal umzubauen, aber stark genug, um kaltes Gas lokal zu verdrängen. Damit passt der Befund auch zu früheren Hinweisen, dass das Zentrum der Milchstraße zeitweise aktiver war. Ein älterer Hinweis auf vergangene Aktivität war das Röntgenecho früherer Ausbrüche von Sagittarius A*, das zeigte, dass der Galaxienkern nicht immer so schwach leuchtete wie heute.
Der Wind aus Sagittarius A* ist mehr als eine lokale Besonderheit. Supermassereiche Schwarze Löcher beeinflussen, wie Gas in Galaxien verteilt wird und wie leicht neue Sterne entstehen können. Wenn ein aktiver Galaxienkern Gas aus dem Zentrum herausdrückt, verändert er die Rohstoffe für Sternbildung und kann das Wachstum seiner Galaxie bremsen oder umlenken. In fernen Galaxien sind oft nur extreme Fälle sichtbar, bei denen gewaltige Jets oder starke Winde große Gasvorräte verdrängen. Die Milchstraße bietet nun einen nahen Fall, in dem derselbe Grundprozess in einer schwächeren Phase untersucht werden kann. Gerade diese ruhige Variante ist wissenschaftlich wertvoll, weil supermassereiche Schwarze Löcher vermutlich einen großen Teil ihrer Zeit nicht in spektakulären Ausbrüchen, sondern in solchen schwachen Zuständen verbringen.
Offen bleibt, wie lange der Wind bereits aktiv ist und wie weit die Struktur tatsächlich reicht. Die vorhandenen Beobachtungen erfassen nur einen begrenzten Bereich, sodass die Kegelhöhle größer sein könnte als der sicher gemessene Abschnitt. Auch die genaue Energiemenge und die zeitliche Entwicklung müssen weiter modelliert werden. Trotzdem ist der Nachweis ein wichtiger Schritt, weil er die Verbindung zwischen Nahbeobachtung und Galaxienentwicklung stärkt. Die Rotation von Sagittarius A*, frühere Strahlungsausbrüche, kalte Gasringe und nun die Kegelhöhle ergeben ein zunehmend detailliertes Bild eines ruhigen, aber keineswegs passiven Zentrums. Damit ergänzt der Fund auch andere Arbeiten über die schnelle Rotation des Schwarzen Lochs der Milchstraße, weil Spin, Magnetfelder und Gaszufuhr gemeinsam bestimmen, wie viel Material nach innen fällt und wie viel wieder nach außen gelangt.
The Astrophysical Journal Letters, The Discovery of a Large Active Wind from the Milky Way's Central Black Hole; doi:10.3847/2041-8213/ae63cf