Eine Illustration zeigt einen „kosmischen Tornado“, der um Sgr A* fließt, das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Astronomen haben im Zentrum der Milchstraße spektakuläre „Weltraumtornados“ entdeckt, die in der Nähe des supermassereichen Schwarzen Lochs Sagittarius A* (Sgr A*) toben. Diese Entdeckung gibt dem Forscherteam ein umfassenderes Bild vom Kreislauf der Entstehung und Zerstörung im Herzen unserer Galaxie.
Die Forscher entdeckten dies mithilfe des Radio-Teleskopnetzwerks ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) in Chile. Durch ALMA konnte die Beobachtung von Bewegungen in der Zentralmolekülzone unserer Milchstraße um das Hundertfache präzisiert werden.
„Unsere Forschung trägt zur faszinierenden Landschaft des galaktischen Zentrums bei, indem wir diese schmalen Filamente als wichtigen Teil des Materialkreislaufs entdeckt haben“, sagte Teammitglied Xing Lu vom Shanghaier Observatorium in einer Stellungnahme. „Man kann sie sich wie Weltraum-Tornados vorstellen: heftige Gasströme, die sich schnell auflösen und dabei Material effizient in ihrer Umgebung verteilen.“
Seit Langem ist bekannt, dass die CMZ turbulente Wolken aus Staub und Molekülen beherbergt, in denen ständig ein Kreislauf von Entstehung und Zerstörung stattfindet. Doch der Mechanismus hinter diesem Prozess blieb bislang rätselhaft.
„Als wir die ALMA-Aufnahmen der Gasausströmungen analysierten, fielen uns diese langen, schmalen Filamente auf – sie lagen räumlich getrennt von allen Sternentstehungsregionen“, sagte Studienleiter Kai Yang von der Shanghai Jiao Tong University in derselben Stellungnahme. „Diese Strukturen unterscheiden sich völlig von allen bekannten Objekten und haben uns wirklich überrascht. Seitdem rätseln wir darüber, was sie sein könnten.“
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Die Forscher nutzten ALMA, um Moleküle zu verfolgen. Diese dienten als „Marker“ für verschiedene Prozesse in den Molekülwolken der CMZ. Besonders hilfreich erwies sich Siliziummonoxid – es eignete sich ideal, um energiereiche Schockwellen nachzuweisen.
Die Untersuchung enthüllte faszinierende Details über neuartige, langgestreckte fadenförmige Strukturen in den Spektrallinien von Siliziummonoxid und acht weiteren Molekülen im Zentralmolekülwolkenbereich. Besonders bemerkenswert: Diese Strukturen wurden mit einer beispiellosen Auflösung von nur etwa 0,033 Lichtjahren (0,01 Parsec) sichtbar gemacht – eine beachtliche Leistung angesichts der Entfernung von rund 27.800 Lichtjahren zwischen der Erde und dieser galaktischen Region.
Diese feinen Strukturen heben sich von den dichteren Gasfilamenten in der CMZ ab. Anders als diese zeigen sie keine Geschwindigkeiten, die auf Materieausflüsse hindeuten, und stehen auch nicht im Zusammenhang mit Staubemissionen in dieser Region.
Zudem befinden sich die neu entdeckten Strukturen offenbar nicht im hydrostatischen Gleichgewicht. Das bedeutet: Die nach innen wirkende Schwerkraft wird nicht durch den nach außen gerichteten Druck des eigenen Gases und Staubs in den Filamenten ausgeglichen.
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Eine Illustration zeigt einen „kosmischen Tornado“, der um Sgr A* fließt, das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Astronomen wissen derzeit noch nicht genau, wie diese feinen Fäden aus Staub und Gas entstehen. Doch ALMA lieferte Hinweise, die auf einen möglichen Prozess hindeuten: Dabei könnte Material durch Stoßwellen in Schwingung versetzt werden.
Diese Hinweise umfassten die Veränderung der Energieniveaus von Siliziummonoxid-Molekülen durch Rotation – ein als „Rotationsübergang“ bekannter Prozess, der zur sogenannten SiO 5-4-Emission führt. Zudem wies ALMA in dieser Region eine auffällige Häufung organischer Moleküle nach.
Das Team geht davon aus, dass Stoßwellen zunächst diese dünnen Filamente bilden und dabei Siliziummonoxid sowie organische Moleküle wie Methanol, Methylcyanid und Cyanoacetylen in das interstellare Medium freisetzen. Anschließend lösen sich die Filamente wieder auf, wodurch das durch die Stoßwellen freigesetzte Material im zentralen molekularen Bereich erneuert wird.
Die Moleküle gefrieren anschließend und bilden Staubkörner – so stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Verbrauch und Nachschub ein.
Eine Illustration zeigt einen „kosmischen Tornado“, der um Sgr A* fließt, das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
„Die hohe Winkelauflösung und außergewöhnliche Empfindlichkeit von ALMA waren entscheidend, um diese molekularen Linienemissionen in den schmalen Filamenten nachzuweisen“, erklärte Teammitglied Yichen Zhang von der Shanghai Jiao Tong Universität. „Dabei konnten wir sicherstellen, dass diese Strukturen nicht mit Staubemissionen in Verbindung stehen. Unsere Entdeckung bedeutet einen wichtigen Fortschritt, da wir diese Filamente erstmals auf der viel feineren Skala von 0,01 Parsec nachweisen konnten – genau dort, wo die Stoßwellen wirken.“
Falls diese feinen Filamente tatsächlich im gesamten Zentralmolekülwolkenbereich (CMZ) so häufig vorkommen wie in der von ALMA untersuchten Region, zeigt dies ein Gleichgewicht zwischen Zerstörung und Neubildung von Molekülen im Herzen unserer Milchstraße.
„Siliziummonoxid ist derzeit das einzige Molekül, das ausschließlich Stoßwellen nachweist“, erklärte Yang. „Die SiO 5-4 Rotationsübergangslinie lässt sich nur in Schockregionen mit relativ hoher Dichte und Temperatur beobachten. Das macht sie zu einem besonders wertvollen Werkzeug, um stoßinduzierte Prozesse in den dichten Regionen der CMZ zu untersuchen.“
Das Team hofft, dass zukünftige ALMA-Beobachtungen nicht nur den SiO 5-4-Übergang von Siliziummonoxid abdecken. Die Wissenschaftler wollen damit ein größeres Gebiet der Zentralmolekülwolke untersuchen.
Die Verbindung dieser Beobachtungen mit Simulationen könnte die Herkunft der schmalen Filamente bestätigen. Dadurch ließen sich die zyklischen Prozesse im außergewöhnlichen Kernbereich der Milchstraße genauer bestimmen.
Die Forschungsarbeit des Teams erschien im Februar in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics.
