Das galaktische Zentrum mit Sternen, Gas und Magnetismus

Dieses detailreiche Panorama von Chandra und MeerKAT zeigt das galaktische Zentrum mit zahlreichen, komplexen Wechselwirkungen.

Bildcredit: Röntgen: NASA/CXC/UMass/Q.D. Wang; Radio: NRF/SARAO/MeerKAT

Beschreibung: Was passiert um das Zentrum unserer Galaxis? Um das herauszufinden, wurde kürzlich ein detailreiches Panorama erstellt, das die Regionen knapp über und unter der galaktischen Ebene in Radiowellen und Röntgenlicht erforscht. Das Röntgenlicht wurde mit dem Chandra-Observatorium aufgenommen, es ist orangefarben (heiß), grün (heißer) und violett (am heißesten) abgebildet und wurde über ein hochdetailliertes Bild in Radiowellen in Grau gelegt, das vom MeerKATTeleskop stammt.

Die Wechselwirkungen sind zahlreich und komplex. Galaktische Ungeheuer wie expandierende Supernovaüberreste, heiße Winde von neu entstandenen Sternen, ungewöhnlich starke, kollidierende Magnetfelder und ein zentrales, sehr massereiches Schwarzes Loch kämpfen in einem Raum, der nur 1000 Lichtjahre groß ist. Die dünnen, hellen Streifen stammen anscheinend von verdrehten und neu verknüpften Magnetfeldern in kollidierenden Regionen, die eine Art energiereiches innergalaktisches Weltraumwetter erzeugen, ähnlich wie jenes, das unsere Sonne erzeugt.

Weitere Beobachtungen und Forschungen versprechen, nicht nur mehr Licht auf die Geschichte und Entwicklung unserer Galaxis zu werfen, sondern auch auf die Entwicklung aller Galaxien.

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Das galaktische Zentrum in Infrarotlicht

Das Infrarot-Weltraumteleskop Spitzer zeigt das Zentrum der Galaxis, das 26.700 Lichtjahre entfernt im Sternbild Schütze liegt.

Bildcredit: NASA, JPL-Caltech, Weltraumteleskop Spitzer, Susan Stolovy (SSC/Caltech) et al.; Überarbeitung: Judy Schmidt

Beschreibung: Wie sieht das Zentrum unserer Galaxis aus? Im sichtbaren Licht ist das Zentrum der Milchstraße von Wolken aus undurchsichtigem Staub und Gas versteckt. Doch auf dieser faszinierenden Ansicht dringen die Infrarotkameras des Weltraumteleskops Spitzer durch einen Großteil des Staubs und zeigen die Sterne in der überfüllten Region des galaktischen Zentrums.

Das detailreiche Falschfarbenbild ist ein Mosaik aus vielen kleinen Einzelaufnahmen. Es zeigt ältere kühle Sterne in bläulichen Farbtönen. Rot und braun leuchtende Staubwolken stehen in Verbindung mit jungen, heißen Sternen in Sternentstehungsgebieten. Kürzlich stellte sich heraus, dass das Zentrum der Milchstraße in der Lage ist, neue Sterne zu bilden.

Das galaktische Zentrum liegt etwa 26.700 Lichtjahre entfernt im Sternbild Schütze. In dieser Entfernung wäre dieses Bild ungefähr 900 Lichtjahre breit.

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Das Galaktische Zentrum von Radio bis Röntgen

Sgr A*, das Zentrum unserer Galaxis mit einem Schwarzen Loch, leuchtet in jeder Art von Licht; Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: Röntgen: NASA, CXC, UMass, D. Wang et al.; Radio: NRF, SARAO, MeerKAT

Beschreibung: Auf wie viele Arten leuchtet das Zentrum unserer Galaxis? Diese rätselhafte Region, etwa 26.000 Lichtjahre entfernt ist und im Sternbild Schütze (Sagittarius) liegt, leuchtet in jeder Art von Licht, die wir sehen können.

Für dieses Bild wurde mit dem Röntgenobservatorium Chandra der NASA im Erdorbit energiereiche Röntgenstrahlung abgebildet, diese erscheint in Grün und Blau. Die rot gefärbte Abbildung der energiearmen Radiostrahlung stammt von der Teleskopanordnung MeerKAT des SARAO, die auf der Erde stationiert ist. Rechts neben der farbenfrohen Zentralregion liegt Sagittarius A (Sgr A), eine starke Radioquelle, die sich an derselben Stelle befindet wie Sgr A*, das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxis.

Heißes Gas, das Sgr A* umgibt, sowie eine Reihe parallel verlaufender Radiofilamente, die als der „Bogen“ bezeichnet werden, sind links neben der Bildmitte zu sehen. Weiters verlaufen im Bild zahlreiche ungewöhnliche einzelne Radiofilamente. Viele Sterne kreisen in und um Sgr A*, außerdem zahlreiche kleine Schwarze Löcher und dichte Sternkerne, die als Neutronensterne und Weiße Zwerge bekannt sind. Das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße wird gegenwärtig vom Event Horizon Telescope abgebildet.

Aktivitäten: NASA-Wissenschaft zu Hause
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Das beschriftete galaktische Zentrum

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Bildcredit und Bildrechte: Likai Lin

Beschreibung: Das Zentrum unserer Milchstraße liegt etwa 26.000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Schütze (Sagittarius). Doch nicht einmal in einer dunklen Nacht kann man es sehen. Wenn Sie in diese Richtung blicken, wird Ihre Sichtlinie bald von dazwischen liegendem interstellarem Staub verdeckt. In die ergiebige galaktische Ebene und die Zentralregionen unserer Galaxis sind dunkle Staubwolken, leuchtende Nebel und dicht gedrängte Sternfelder gepackt.

Diese beschriftete Ansicht ist ein Mosaik aus Bildern des dunklen Himmels. Darauf sind einige Favoriten markiert, besonders solche für Himmelsbeobachterinnen mit kleinen Teleskopen oder Ferngläsern. Die beschnittene Version rückt die Richtung zum galaktischen Zentrum ganz nach rechts. Sie kennzeichnet bekannte Messierobjekte wie den Lagunennebel (M8), Trifid (M20), die Sternwolke M24 und einige von E.E. Barnards dunklen Markierungen am Himmel. Eine Vollversion erweitert die Sicht nach rechts bis zum Sternbild Skorpion und zeigt insgesamt mehr als 20 Grad vom Zentrum der Milchstraße.

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MeerKAT zeigt das galaktische Zentrum in Radio

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Bildcredit: MeerKAT, SARAO

Beschreibung: Was passiert im Zentrum unserer Galaxis? Das ist mit optischen Teleskopen schwer zu sagen, da sichtbares Licht durch dazwischen liegenden interstellaren Staub blockiert wird. Aber in anderen Wellenlängen des Lichtes, zum Beispiel Radio, kann das galaktische Zentrum abgebildet werden und erweist sich als ziemlich interessanter, aktiver Ort.

Dieses Bild zeigt eine erste Aufnahme der Teleskopanordnung MeerKAT aus 64 Radioteleskopen, die kürzlich in Südafrika fertiggestellt wurde. Das eindrucksvoll riesige, detailreiche Bild umfasst vier Mal den Winkeldurchmesser des Mondes (2 Grad). Viele bekannte Quellen werden sehr detailreich gezeigt, etliche davon mit der Vorsilbe Sgr, da das galaktische Zentrum in Richtung des Sternbildes Schütze liegt.

Im Zentrum unserer Galaxis – hier rechts neben der Bildmitte – liegt Sgr A* mit dem sehr massereichen zentralen schwarzen Loch der Milchstraße. Andere Quellen im Bild sind weniger gut erklärbar, darunter der Bogen links neben Sgr A* sowie zahlreiche faserartige Stränge. Zu MeerKATs Zielen gehören die Suche nach Radioemissionen von neutralem Wasserstoff, die in einem viel jüngeren Universum abgestrahlt wurden, sowie kurze, ferne Radioblitze.

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Das magnetische Zentrum unserer Galaxis

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Bildcredit: NASA, SOFIA, Hubble

Beschreibung: Wie sieht das Magnetfeld im Zentrum unserer Milchstraße aus? Um das herauszufinden, fotografierte das NASA-Observatorium SOFIA, das in einer umgebauten 747 fliegt, die Zentralregion mit einem Instrument, das die Bezeichnung HAWC+ trägt. HAWC+ kartiert Magnetismus, indem es polarisiertes Infrarotlicht beobachtet, das von länglichen Staubkörnchen abgestrahlt wird, die am lokalen Magnetfeld ausgerichtet rotieren.

Nun liegt im Zentrum unserer Milchstraße ein sehr massereiches Schwarzes Loch mit der Vorliebe, Gas von Sternen, die es kürzlich zerstörte, zu absorbieren. Das Schwarze Loch unserer Galaxis ist jedoch relativ ruhig, verglichen mit der Absorptionsrate zentraler Schwarzer Löcher in aktiven Galaxien. Dieses Bild könnte zeigen, warum das so ist: Entweder kanalisiert ein umgebendes Magnetfeld Gas in das Schwarze Loch, das sein Äußeres beleuchtet, oder das Magnetfeld zwingt Gas in die Warteschleife um eine Akkretionsscheibe, weshalb es weniger aktiv ist – zumindest vorübergehend.

Dieses Bild wirkt wie ein surreales Mischmasch aus Impasto und Gravitationsastrophysik. Es zeigt bei genauer Betrachtung den aufschlussreichen Hinweis, indem es das Magnetfeld in und um einen staubigen Ring, der Sagittarius A* umgibt, detailreich abbildet. Sagittarius A* ist das Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxis.

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Reise zum Zentrum der Galaxis


Videocredit: ESO/MPE/Nick Risinger (skysurvey.org)/VISTA/J. Emerson/Digitized Sky Survey 2

Beschreibung: Welche Wunder liegen im Zentrum unserer Galaxis? Im Science-Fiction-Klassiker „Reise zum Mittelpunkt der Erde“ von Jules Verne finden Professor Liedenbrock und seine Begleiter viele seltsame, aufregende Wunder.

Astronomen kennen bereits einige seltsame Objekte im Zentrum unserer Galaxis, darunter gewaltige kosmische Staubwolken, helle Sternhaufen, wirbelnde Ringe aus Gas und sogar ein extrem massereiches Schwarzes Loch. Ein Großteil des galaktischen Zentrums ist im sichtbaren Licht durch dazwischen liegenden Staub und Gas vor unserer Sicht verborgen, doch man kann in anderen Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung forschen.

Dieses Video ist eigentlich eine digitale Sondierung des Zentrums der Milchstraße, die mit Bildern der Digitisierten Himmelsdurchmusterung im sichtbaren Licht beginnt. Im weiteren Verlauf des Films verschiebt sich das gezeigte Licht zum Staub durchdringenden Infrarot und zeigt Gaswolken, von denen man 2013 herausfand, dass sie in das zentrale Schwarze Loch stürzen.

Im Mai 2018 zeigten Beobachtungen eines Sterns, der nahe am zentralen Schwarzen Loch in der Milchstraße vorbeizog, zum allerersten Mal eine Gravitationsrotverschiebung im Licht des Sterns – was laut Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie zu erwarten war.

Höhepunkte: Aktuelle totale Mondfinsternis

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Viele Singularitäten im Galaktischen Zentrum

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Bildcredit: NASA/CXC / Columbia Univ./ C. Hailey et al.

Beschreibung: Eine kürzlich durchgeführte informelle Studie ergab, dass Astronomen noch keinen guten Sammelbegriff für Gruppen Schwarzer Löcher haben. Doch sie brauchen einen.

Die roten Kreise auf diesem Bild des Röntgenobservatoriums Chandra kennzeichnen eine Gruppe mit einem Dutzend Schwarzer Löcher in Doppelsternsystemen. Sie besitzen etwa 5 bis 30 Sonnenmassen und schwärmen in einem Umkreis von ungefähr 3 Lichtjahre um das Zentrum unserer Galaxis mit einem sehr massereiche Schwarzen Loch, das als Sagittarius A* (Sgr A*) bezeichnet wird. Gelbe Kreise kennzeichnen Röntgenquellen, die wahrscheinlich weniger massereiche Neutronensterne oder weiße Zwergsterne in Doppelsternsystemen sind.

Einzelne Schwarze Löcher wären unsichtbar, doch in Doppelsternsystemen sammeln sie Materie von ihrem normalen Begleitstern und erzeugen Röntgenstrahlung. In der Entfernung des galaktischen Zentrums kann Chandra nur die helleren dieser Doppelsysteme mit Schwarzen Löchern als punktförmige Röntgenquellen erkennen – ein Hinweis, dass es dort Hunderte schwächerer Doppelsysteme mit Schwarzen Löchern geben müsste, die noch nicht entdeckt wurden.

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Eine immersive Visualisierung des galaktischen Zentrums


Videocredit: NASA, CXC, Pontifical Catholic Univ. of Chile, C. Russell et al.

Beschreibung: Was würde man sehen, wenn man vom Zentrum unserer Galaxis hinausblicken könnte? Dieses Video zeigt zwei wissenschaftlich ermittelte Möglichkeiten als immersives 360-Grad-Video, bei dem man in jede Richtung blicken kann. Diese Computersimulation basiert auf Infrarotdaten des Very Large Telescope der ESO in Chile sowie Röntgendaten des NASARöntgenobservatoriums Chandra im Orbit.

Zu Beginn des Videos erreichen Sie rasch Sgr A*, das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxis. Wenn Sie dann nach außen blicken, zeigt diese 500-Jahre-Zeitraffersimulation leuchtendes Gas und viele Lichtpunkte, die um Sie kreisen. Viele dieser Punkte sind junge Wolf-Rayet-Sterne, aus denen sichtbare heiße Winde in die umgebenden Nebel wehen. Näherkommende Wolken werden länglich, während Objekte, die sich zu sehr annähern, hineinfallen. Gegen Ende des Videos wiederholt sich die Simulation, doch diesmal stößt die dynamische Region um Sgr A* heißes Gas aus, das die näherkommende Materie zurückstößt.

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Das galaktische Zentrum in Infrarot

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Bildcredit: 2MASS Project, UMass, IPAC/Caltech, NSF, NASA

Beschreibung: Das Zentrum unserer Galaxis ist ein belebter Ort. In sichtbarem Licht ist ein Großteil des galaktischen Zentrums von undurchsichtigem Staub verdeckt. In Infrarot jedoch leuchtet Staub heller und verdunkelt weniger, weshalb auf diesem Foto fast eine Million Sterne aufgezeichnet wurden. Das Zentrum der Galaxis befindet sich links und steht etwa 30.000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Schütze (Sagittarius). Die galaktische Ebene unserer Milchstraße – jene Ebene, in der die Sonne kreist – ist an der dunklen diagonalen Staubbahn erkennbar. Die absorbierenden Staubkörnchen entstehen in den Atmosphären kühler Roter Riesen und wachsen in Molekülwolken an. Die Region um das galaktische Zentrum leuchtet hell im Radio- und HochenergieSpektralbereich und enthält vermutlich ein großes Schwarzes Loch.

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Der galaktische Kern in Infrarot

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Bildcredit: Hubble: NASA, ESA und D. Q. Wang (U. Mass, Amherst); Spitzer: NASA, JPL und S. Stolovy (SSC/Caltech)

Beschreibung: Was geschieht im Zentrum unserer Galaxis, der Milchstraße? Um das herauszufinden, kombinierten die Weltraumteleskope Hubble und Spitzer ihren Einsatz, um die Region beispiellos detailreich in Infrarotlicht zu vermessen. Infrarotlicht ist besonders geeignet, um das Zentrum der Milchstraße zu erforschen, weil sichtbares Licht stärker von Staub ausgefiltert wird. Das obige Bild entstand aus mehr als 2000 Bildern des Instruments NICMOS an Bord des Weltraumteleskops Hubble, die 2008 fotografiert wurden. Das Bild zeigt 300 mal 115 Lichtjahre in so hoher Auflösung, dass Strukturen erkennbar sind, die nur 20-mal so groß wie unser Sonnensystem sind. Zu sehen sind Wolken aus leuchtendem Gas und dunklem Staub sowie drei große Sternhaufen. Magnetfelder könnten oben links nahe dem Arches-Sternhaufen Plasma kanalisieren, während unten links energiereiche Sternwinde Säulen beim Quintuplet-Sternhaufen herausschälen. Der massereiche zentrale Sternhaufen, der Sagittarius A* umgibt, ist rechts unten zu sehen. Warum mehrere zentrale helle massereiche Sterne nicht mit diesen Sternhaufen verbunden zu sein scheinen, ist nicht bekannt.

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