Schwarze Löcher in Galaxienzentren

Sagittarius A* im Zentrum der Milchstraße hat etwa die 4-millionenfache Masse der Sonne.

Eine dunkle Masse im Zentrum

Laut NASA haben die meisten großen Galaxien supermassereiche Schwarze Löcher in ihren Zentren. Manche besitzen die milliardenfache Masse der Sonne. Ein Schwarzes Loch ist ein Gebiet, in dem Materie so dicht gepackt ist, dass aus dem Inneren einer Grenze, des sogenannten Ereignishorizonts, nichts entkommen kann, nicht einmal Licht. Der Radius dieser Grenze wächst proportional zur Masse. Bei einer Sonnenmasse beträgt er etwa 3 km. Für das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße, Sagittarius A* (ausgesprochen „Sagittarius A-Stern“), mit etwa 4 Millionen Sonnenmassen ergeben sich ungefähr 12 Millionen km. Das entspricht rund 17 Sonnenradien und liegt weit innerhalb der Merkurbahn.

Wie kann man etwas wiegen, das kein Licht aussendet? Indem man beobachtet, was sich darum bewegt. Jahrzehntelang verfolgten zwei Forschungsgruppen, eine in Deutschland und eine in den Vereinigten Staaten, einzelne Sterne auf ihren Bahnen ganz nahe am galaktischen Zentrum. Dafür nutzten sie Infrarotlicht, das den Staub durchdringt. Ein Stern namens S2 umkreist das Zentrum in etwa 16 Jahren. Mit den Keplerschen Gesetzen lässt sich aus diesen Bahnen die darin eingeschlossene Masse bestimmen: etwa 4 Millionen Sonnenmassen in einem Gebiet, das zu klein für etwas anderes als ein Schwarzes Loch ist. Diese Arbeit wurde 2020 mit dem Nobelpreis für Physik gewürdigt.

Bilder von Schatten

Schwarze Löcher selbst sind dunkel, doch heißes Gas, das sie umwirbelt, leuchtet. Das Event Horizon Telescope verbindet Radioteleskope weltweit zu einem virtuellen Teleskop von der Größe der Erde. 2019 veröffentlichte es das erste Bild der Silhouette eines Schwarzen Lochs: im Zentrum der elliptischen Riesengalaxie M87, die laut JPL etwa 53 Millionen Lichtjahre entfernt ist. 2022 folgte ein Bild von Sagittarius A*. Das JPL beschreibt es als mehr als 26 000 Lichtjahre entfernt und mit einer Masse von 4 Millionen Sonnenmassen. Beide Bilder zeigen ein dunkles Zentrum in einem hellen Ring. Das Bild von Sagittarius A* erstreckt sich über nur etwa 50 Mikrobogensekunden. Laut JPL entspricht das etwa 1/13 eines Milliardstels des gesamten Himmels.

Ruhig und aktiv

Sagittarius A* ist heute ruhig: Es fällt wenig Gas hinein, deshalb leuchtet seine Umgebung schwach. Laut NASA ist die Milchstraße derzeit keine aktive Galaxie, hatte aber wahrscheinlich in den letzten wenigen Millionen Jahren eine aktive Phase. In aktiven Galaxien verschluckt ein zentrales Schwarzes Loch reichlich Gas. Dieses erhitzt sich in einer Scheibe und kann alle Sterne der Galaxie überstrahlen. Die leuchtkräftigsten Vertreter sind Quasare. Laut NASA wurden mehr als eine Million Quasare identifiziert. Der nächste, Markarian 231, ist etwa 600 Millionen Lichtjahre entfernt; der fernste bekannte liegt rund 13 Milliarden Lichtjahre entfernt. Weil Licht Zeit braucht, um zu uns zu gelangen, zeigen ferne Quasare Schwarze Löcher so, wie sie vor Milliarden von Jahren waren.