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Abb. 1: Der Film zeigt von Sternen ausströmendes Gas
("Sternwinde") im Zentrum unserer Milchstraße, in einer
numerischen Simulation. Die Sterne sind mit Punkte markiert, das Loch
selbst (nicht dargestellt) ist in der Bildmitte. Ein Teil des Gases
kühlt ab, bildet Klumpen (gelb) und es ensteht daraus in dieser
Simulation eine Scheibe. Das meiste Gas aber entweicht aus diesem
Bereich, nur ein kleiner Teil wird vom Loch geschluckt. [Zum Abspielen
wird der kostenlose DivX-Codec
gebraucht].
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Abb. 2:"Akkretionsrate", d.h. die Gasmenge die vom Loch
eingefangen wird als Funktion der Zeit, aus der Simulation von
Abb. 1. Wenn einer der kühlen Klumpen in die Nähe des Lochs
gerät, wird er geschluckt und verursacht eine Spitze in der
Akkretionsrate.
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Es wird jetzt angenommen, daß es im Zentrum jeder Galaxie ein schweres
Schwarzes Loch gibt. Unsere eigene Milchstraße ist keine Ausnahme; im
Zentrum gibt es ein schweres Loch an der Stelle einer Radioquelle namens
Sgr A*, 3 Millionen mal so schwer wie die Sonne. Astronomen können es
nicht direkt sehen, haben aber mit Großteleskopen die Bewegungen von
Sternen in der Nähe vermessen. Deren Bahnbewegungen um das Loch, wie die
Bahn des Mondes um die Erde, erlaubt es die Masse des Zentralen Objektes
zu berechnen, und dies zeigt eindeutig die Anwesenheit des riesigen
Monsters.
Obwohl schwarze Löcher nicht
direkt zu sehen sind (sie sind ja schwarz), strahlt einfallendes Gas
im allgemein stark, weil es durch die starke Schwerkraft
zusammengepreßt und dadurch sehr heiß wird. Auf dieser
Weise entstehen Quasare, die sehr hellen Objekte in den Zentren weit
entfernter Galaxien, deren Strahlung von solch akkretierenden
Schwarzen Löcher gespeist wird. Nur, in Sgr A* wird fast nichts
gesehen. Ein Rätsel, denn es gibt viele Sterne in der
Nähe. Sie sind in sicherer Entfernug vom Loch, aber das Gas das
sie ausschwitzen, der sog. "Sternwind", sollte ins Loch fallen und
dabei viel Strahlung freisetzen. Um die Ursache dieser geringen
Leuchtkraft zu verstehen, muß man wissen wie viel vom
vorhandenen Gas tatsächlich vom Loch eingefangen wird. Ausserdem
ist Sgr A* das näheste Loch dieser Größe, und das
Verständnis seiner geringen Helligkeit wird beitragen zum
Verständnis von Schwarzen Löchern in Allgemenein.
Im Zentrum der Galaxis produzieren Dutzende von Sterne Gas, das in allen
Richtungen wegfließt. Es wird von Loch angezogen; Gasströmungen aus
unterschiedlichen Richtungen stoßen dabei zusammen und liefern
komplizierte Bewegungen, die nicht mit analytischen Rechnungen zu erfassen
sind. Aufwändige Simulationen auf Hochleistungsrechnern werden gebraucht
um eine klares Bild dieser Vorgängen zu bekommen.
Mit Gadget, einem am
Max-Planck-Institut für Astrophysik entwickelten Rechenprogramm
haben Wissenschaftler dieses Institutes angefangen, dieses Problem zu
studieren. Sie fanden, daß die Sternwinde in der Nähe des
Lochs tatsächlich komplizierte Muster bilden (Abb. 1). Ein Teil
des Gases bildet kühle Klumpen, und einige dieser laufen auf
Bahnen, die sie zum Loch bringen. Jedesmal wenn dies passiert,
vielleicht etwa alle 100 Jahre, nimmt die Gasmenge die auf dem Loch
trifft zu, die sog. "Akkretionsrate" (Abb. 2) schnellt hoch und das
Gebiet wird sehr hell. Interessant in diesem Zusammenhang ist die
Erkenntnis, daß Sgr A* vor 350 Jahre viel heller war als
jetzt. Diese hohe Leuchtkraft war womöglich die Folge der in den
Simulationen gefundenen Variabilität, und ähnliche
Aktivität ist für die Zukunft zu erwarten.
Die neuen Simulationen haben auch gezeigt daß nur ein Teil der Sternwinde
in die Nähe des Lochs gelangt. Dies ist zu verstehen aus den Bewegungen
der Sterne. Die Bahnbewegung ums Loch gibt dem Sternwind eine
Anfangsgeschwindigkeit mit, und erleichtert so das Entweichen des Gases
aus der Nähe des Lochs. Dieser Effekt reicht aber nicht aus, um die sehr
niedige Leuchtkraft des Gases um Sgr A* herum zu erklären. Komplikationen
in der Strahlungskühlung und den hydrodynamischen Stoßwellen in der
direkten Nähe des Schwarzen Lochs spielen wahrscheinlich eine wichtige
Rolle. Mit den Ergebnissen der Simulationen entwickeln Physiker nun ein
besseres Verständnis der Physik in diesem Innenbereich, und wie das
"Füttern" von Schwarzen Riesenlöchern funktioniert.
J. Cuadra, S. Nayakshin, V. Springel, T. Di Matteo
Weitere Informationen
Accretion of Stellar Winds in the Galactic Centre
Originalpublikationen
Accretion of cool stellar winds on Sgr A*: another puzzle of the Galactic Centre?, MNRAS 360 (2005) L55
 astro-ph/0502044
Galactic Centre stellar winds and Sgr A* accretion, MNRAS, in press
astro-ph/0505382
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