Was ist das galaktische Zentrum und was befindet sich dort?

Stellen Sie sich vor, Sie blicken in einer klaren, dunklen Nacht nach oben. Sie sehen die Milchstraße, dieses milchige, leuchtende Band, das sich über den gesamten Himmel zieht. Das ist unsere kosmische Heimat. Eine gigantische, wirbelnde Scheibe aus Milliarden von Sternen, Gas und Staub. Und wie jede gute Scheibe hat auch sie einen Mittelpunkt. Ein Herz.

Dieses Herz nennen wir das Galaktische Zentrum.

Doch was ist das galaktische Zentrum wirklich? Es ist nicht bloß ein ruhiger Ankerpunkt, um den wir gemütlich unsere Bahnen ziehen. Ganz im Gegenteil. Es ist einer der extremsten, chaotischsten und faszinierendsten Orte im gesamten bekannten Universum. Ein Ort, der von einem unvorstellbaren Monster dominiert wird, verborgen hinter dichten, dunklen Schleiern aus kosmischem Staub. Kommen Sie mit. Wir unternehmen eine Reise zu diesem verborgenen Herzen, um herauszufinden, was sich dort wirklich verbirgt.

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Die wichtigsten Erkenntnisse auf einen Blick

• Das Galaktische Zentrum ist der dichte, chaotische und gravitativ dominierende Mittelpunkt unserer Milchstraßengalaxie.
• Es befindet sich rund 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt, versteckt im Sternbild Schütze (Sagittarius).
• Wir können es nicht mit bloßem Auge oder normalen Teleskopen sehen. Massive Wolken aus interstellarem Staub blockieren alles sichtbare Licht.
• Im exakten Zentrum sitzt ein unvorstellbares Monster: ein supermassereiches Schwarzes Loch namens „Sagittarius A*“ (ausgesprochen „Sagittarius A-Stern“).
• Dieses Schwarze Loch besitzt die Masse von etwa 4,3 Millionen Sonnen, zusammengepresst auf einen winzigen Raum.
• Astronomen müssen Infrarot-, Röntgen- und Radioteleskope nutzen, die den Staub durchdringen können, um diese extreme Region zu untersuchen.

Stellen Sie sich das Zentrum unserer Galaxie vor: Was ist das galaktische Zentrum überhaupt?

Wäre unsere Milchstraße eine riesige, wirbelnde Metropole, dann wäre das Galaktische Zentrum ihr absolutes „Downtown“. Es ist das dichteste, geschäftigste und bei weitem gravitativ stärkste Viertel. Ganz offiziell ist es der Rotationsmittelpunkt der gesamten Galaxie. Alles in der Milchstraße – unser Sonnensystem, Milliarden anderer Sterne, riesige Gaswolken – umkreist diesen zentralen Punkt.

Unser Sonnensystem, nur mal so zum Vergleich, benötigt für eine einzige Umrundung dieser Mitte etwa 220 bis 250 Millionen Jahre. Ein galaktisches Jahr.

Aber dieser Mittelpunkt ist kein winziger Nadelstich. Es ist eine ganze Region. Astronomen nennen sie die „Zentralwölbung“ (oder „Bulge“) – ein riesiger, fast kugelförmiger Ball, vollgestopft mit uralten Sternen. Tief im Inneren dieser Wölbung liegt der eigentliche Kern. Und dieser Kern ist eine Umgebung, die sich unserer Vorstellungskraft entzieht. Die Dichte der Sterne ist hier millionenfach höher als in unserer ruhigen Nachbarschaft. Wäre die Erde dort, gäbe es keine Nacht. Der Himmel wäre permanent von Tausenden von Sternen erleuchtet, viele davon heller als unser Vollmond. Es ist ein Ort extremer Strahlung, gewaltiger Magnetfelder und unvorstellbarer Schwerkraft.

Warum können wir dieses Zentrum nicht einfach am Nachthimmel sehen?

Das ist eine hervorragende Frage. Wenn das Zentrum so hell und dicht ist, warum leuchtet es dann nicht wie ein gigantischer Scheinwerfer an unserem Himmel?

Die Antwort ist simpel: Staub.

Ganz einfach: 26.000 Lichtjahre voller Staub. Diese unvorstellbare Distanz ist nicht leer. Sie ist vollgestopft mit gigantischen, eiskalten Wolken aus interstellarem Gas und mikroskopisch kleinen Staubpartikeln. Diese Wolken wirken wie ein undurchdringlicher kosmischer Nebel. Sie blockieren sichtbares Licht so effektiv, dass man es sich kaum vorstellen kann. Astronomen nennen diesen Effekt „Extinktion“ (Auslöschung).

Stellen Sie sich das mal vor: Von jeweils 100 Billionen Photonen (Lichtteilchen) im sichtbaren Bereich, die vom Galaktischen Zentrum in unsere Richtung starten, schafft es statistisch gesehen nur ein einziges, die Erde zu erreichen.

Ein Einziges.

Es ist, als würde man versuchen, eine Glühbirne durch 30 Kilometer dichten, schwarzen Rauch zu sehen. Es ist schlicht unmöglich.

Wie haben Wissenschaftler es dann überhaupt gefunden?

Die Entdeckung war ein reiner Zufall. Jahrhundertelang war das Zentrum unserer Galaxie ein Rätsel. Man vermutete, dass es da sein muss, aber niemand wusste, wo oder was es war. Die Wende kam nicht durch das Sehen, sondern durch das „Hören“.

In den 1930er Jahren versuchte ein junger Ingenieur, Karl Jansky, eigentlich nur, das nervige Rauschen in transatlantischen Funkverbindungen zu finden. Er baute dafür eine riesige, drehbare Antenne. Dabei stieß er auf ein anhaltendes, schwaches Rauschen, das nicht von Gewittern oder von Menschen stammen konnte. Er bemerkte, dass dieses Signal einem Zyklus von 23 Stunden und 56 Minuten folgte. Das ist genau die Zeit, die die Erde braucht, um sich einmal relativ zu den „Fixsternen“ zu drehen.

Das Geräusch kam aus dem Weltraum.

Jansky hatte, ohne es zu ahnen, die Radioastronomie geboren. Er konnte die stärkste Quelle dieses kosmischen Rauschens lokalisieren: Sie kam geradewegs aus der Richtung des Sternbilds Schütze. Spätere Astronomen bestätigten dies. Obwohl der Staub das Licht blockiert, können andere Wellenlängen des Spektrums ihn durchdringen. Längerwellige Strahlung wie Radiowellen und Infrarotlicht sowie hochenergetische Strahlung wie Röntgenstrahlen passieren den Staubschleier fast ungehindert.

Indem wir Teleskope bauten, die für diese „Farben“ empfänglich sind, konnten wir den Vorhang buchstäblich beiseite schieben. Zum ersten Mal blickten wir in das chaotische Herz unserer Galaxie.

Was lauert im Herzen von allem? Das Geheimnis von Sagittarius A*

Als Astronomen ihre brandneuen Infrarot- und Radioteleskope auf diese helle Radioquelle im Schützen richteten, fanden sie etwas Verblüffendes. Im absoluten Zentrum, dem Gravitationsmittelpunkt, um den sich alles zu drehen schien, gab es eine bemerkenswert kompakte, helle und rätselhafte Radioquelle.

Sie nannten sie Sagittarius A* (oder kurz: Sgr A*).

Jahrzehntelang zerbrachen sich Forscher die Köpfe. Was könnte Sgr A* sein? Ein extrem dichter Sternhaufen? Ein exotisches Objekt, das wir noch nicht kannten? Die Antwort, die sich über Jahrzehnte langsam aus den Daten schälte, war schlichtweg schockierend.

Es ist ein Monster. Ein supermassereiches Schwarzes Loch.

Und zwar nicht nur ein Schwarzes Loch, wie es entsteht, wenn ein einzelner Stern kollabiert. Es ist ein Monster von galaktischen Ausmaßen. Ein Gravitationsbrunnen, der die gesamte Milchstraße an der langen Leine führt.

Ein supermassereiches Schwarzes Loch? Wie massiv ist „supermassiv“?

Diesen Begriff nutzen Astronomen nicht leichtfertig. Wir sprechen hier von einer Masse, die jede Vorstellung sprengt.

Basierend auf jahrzehntelangen, mühsamen Beobachtungen haben Astronomen die Masse von Sgr A* auf etwa 4,3 Millionen Sonnenmassen berechnet. Das bedeutet, man hat 4.300.000 Sterne wie unsere Sonne genommen und in einem einzigen Objekt vereint.

Was aber noch viel verrückter ist: dieses Ding ist winzig.

All diese Masse – 4,3 Millionen Sonnen! – ist zusammengequetscht auf einen Raum, der kleiner ist als die Umlaufbahn des Merkur um unsere Sonne. Ein Punkt fast unendlicher Dichte.

Ein supermassereiches Schwarzes Loch ist übrigens kein kosmischer Staubsauger, der alles „ansaugt“. Seine Reichweite ist begrenzt. Aber alles, was seinem „Ereignishorizont“ – dem Punkt ohne Wiederkehr – zu nahe kommt, wird unweigerlich verschlungen. Zum Glück ist unsere Erde 26.000 Lichtjahre entfernt. Wir sind in absoluter Sicherheit.

Wie konnten Astronomen etwas „sehen“, das per Definition unsichtbar ist?

Schwarze Löcher sind schwarz. Sie verschlucken Licht. Man kann sie nicht direkt sehen. Wie also um alles in der Welt konnte man beweisen, dass Sgr A* ein solches Objekt ist?

Hier beginnt eine wissenschaftliche Detektivgeschichte, die fast 30 Jahre dauerte. Sie ist ein Meisterwerk der Geduld und der Technik. Diese Arbeit brachte den Wissenschaftlern Reinhard Genzel und Andrea Ghez 2020 den Nobelpreis für Physik ein. Sie taten etwas, was unglaublich clever war: Sie beobachteten nicht das Loch selbst, sondern seine unmittelbare Umgebung.

Über drei Jahrzehnte hinweg nutzten ihre Teams die leistungsstärksten Infrarotteleskope der Welt (insbesondere die Teleskope der Europäischen Südsternwarte, ESO). Sie verfolgten die Bewegung von Sternen, die Sgr A* extrem nahe kommen. Diese Sterne, bekannt als die „S-Sterne“, sind die schnellsten Objekte, die wir in der Galaxie kennen.

Besonders der Stern „S2“ wurde zum Kronzeugen. S2 kommt dem Schwarzen Loch alle 16 Jahre extrem nahe. Dabei rast er mit Geschwindigkeiten von über 25 Millionen Kilometern pro Stunde – das sind etwa 3% der Lichtgeschwindigkeit! – um das Zentrum.

Indem die Forscher die exakte, elliptische Umlaufbahn von S2 kartierten, konnten sie mithilfe von Keplers Gesetzen (ja, denselben, die auch die Bewegung unserer Planeten beschreiben) die Masse des zentralen Objekts berechnen, das S2 umkreist. Das Ergebnis war eindeutig: 4,3 Millionen Sonnenmassen. Und das alles musste sich innerhalb der winzigen Umlaufbahn von S2 befinden.

Kein Sternhaufen, keine Gaswolke, kein bekanntes Objekt außer einem supermassereichen Schwarzen Loch konnte diese immense Masse in einem so winzigen Volumen erklären. Der Beweis war erbracht. Indirekt, aber hieb- und stichfest.

Haben wir endlich ein „Bild“ von Sagittarius A*?

Ja. Im Mai 2022 schrieb die Wissenschaft erneut Geschichte. Das „Event Horizon Telescope“ (EHT) präsentierte das erste direkte „Bild“ von Sagittarius A*.

Das EHT ist keine einzelne Antenne, sondern ein globales Netzwerk aus zusammengeschalteten Radioteleskopen. Es verwandelt die gesamte Erde praktisch in ein einziges, riesiges Teleskop.

Das berühmte „Donut“-Bild. Aber was sehen wir da eigentlich? Wichtig: Es ist nicht das Schwarze Loch selbst. Das bleibt unsichtbar. Was wir sehen, ist sein Schatten.

Um das Schwarze Loch herum wirbelt extrem heißes Gas mit annähernd Lichtgeschwindigkeit. Dieses Gas leuchtet hell in Radiowellen. Die immense Schwerkraft von Sgr A* krümmt und verzerrt das Licht dieses Gases und erzeugt so eine Art leuchtenden Ring. Die dunkle Stelle in der Mitte dieses Rings ist der „Schatten“ – der Bereich, in dem das Licht vom Ereignishorizont selbst verschluckt wird.

Dieses Bild bestätigte nicht nur die Existenz und die Masse von Sgr A* aufs Neue. Es bewies auch, dass Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie selbst unter diesen extremsten Bedingungen im Universum perfekt funktioniert.

Ist das Schwarze Loch dort allein? Die wilde Nachbarschaft des Galaktischen Zentrums

Das supermassereiche Schwarze Loch ist zweifellos der Star der Show. Aber es ist bei weitem nicht das Einzige, was das Galaktische Zentrum zu einem so extremen Ort macht. Die gesamte Region, auf einer Skala von einigen hundert Lichtjahren, ist ein wahrer Hexenkessel.

Diese Region wird oft als „Zentrale Molekülzone“ (CMZ) bezeichnet. Es ist eine dichte, turbulente Umgebung, die sich dramatisch von unserer ruhigen galaktischen Vorstadt unterscheidet. Die Bedingungen hier diktiert die immense Schwerkraft des Schwarzen Lochs, kombiniert mit der Schwerkraft von Millionen von Sternen.

Stellen Sie sich das Gedränge vor: In dem Volumen, das in unserer Nachbarschaft nur unsere Sonne (und vielleicht ein paar Gesteinsbrocken) enthält, drängen sich im Galaktischen Zentrum Zehntausende oder gar Millionen von Sternen. Es ist ein ständiges kosmisches Schieben und Drängeln.

Woher kommen all die Sterne? Die Sternen-Kindergärten des Zentrums

Das ist eines der größten Rätsel. Normalerweise dürfte es dort keine neuen Sterne geben. Sterne entstehen, wenn riesige, kalte Molekülwolken unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabieren.

Doch in der Nähe von Sgr A* sind die „Gezeitenkräfte“ – die pure, zerrende Schwerkraft des Schwarzen Lochs – so brutal, dass sie jede Gaswolke zerfetzen müssten, lange bevor sie zu Sternen kollabieren kann. Es ist, als würde man versuchen, einen Schneeball zu formen, während ein Föhn mit Orkanstärke darauf bläst.

Und doch sehen wir das genaue Gegenteil. Astronomen haben dort einige der massereichsten und jüngsten Sternhaufen der gesamten Galaxie entdeckt.

• Der Arches-Haufen: Ein unglaublich dichter Haufen mit Tausenden von extrem jungen, heißen, blauen Sternen. Er ist erst wenige Millionen Jahre alt – ein kosmischer Wimpernschlag.
• Der Quintuplet-Haufen: Ein weiterer massereicher Haufen, ebenfalls nur wenige Millionen Jahre alt. Er ist berühmt für den „Pistolenstern“, einen der leuchtkräftigsten Sterne, die wir überhaupt kennen.

Wie diese Sterne so nah am feindlichen Schwarzen Loch entstehen konnten, ist eine der spannendsten ungelösten Fragen der Astrophysik. Es deutet darauf hin, dass die Sternentstehung unter extremen Bedingungen völlig anderen Regeln folgt als in unserer ruhigen Ecke der Galaxie.

Was ist die „Zentrale Molekülzone“ (CMZ) genau?

Die CMZ ist das gewaltige Gasreservoir, das das Galaktische Zentrum umgibt. Man kann sie sich als den „Treibstofftank“ der Milchstraße vorstellen.

Diese Zone erstreckt sich über mehrere hundert Lichtjahre. Sie enthält eine Masse, die der von zig Millionen Sonnen entspricht, hauptsächlich in Form von molekularem Wasserstoffgas. Das ist das Rohmaterial für die Entstehung neuer Sterne. Unglaubliche 80% des gesamten dichten Gases der Galaxie befinden sich in diesem winzigen zentralen Bereich.

Aber dieses Gas ist alles andere als ruhig. Es ist extrem turbulent, durchwirkt von Schockwellen explodierender Sterne (Supernovae) und durchdrungen von intensiver Strahlung und starken Magnetfeldern. Die Temperaturen und Dichten in der CMZ sind viel höher als in den Sternentstehungsgebieten unserer Nachbarschaft (wie dem berühmten Orionnebel). Es ist ein Ort, an dem die Physik an ihre Grenzen stößt.

Welche seltsamen Phänomene gibt es sonst noch?

Das Galaktische Zentrum ist ein wahrer Zoo voller exotischer und oft unerklärlicher Phänomene. Neben Sgr A* und den dichten Sternhaufen haben Astronomen noch viel mehr entdeckt:

• Starke Magnetfelder: Die Region ist von extrem starken und seltsam geordneten Magnetfeldern durchzogen. Radioastronomen haben riesige, dünne „Filamente“ oder „Fäden“ entdeckt. Sie sind Dutzende von Lichtjahren lang und stehen senkrecht zur Ebene der Galaxie. Was diese Fäden erzeugt und stabilisiert, ist ein großes Rätsel.
• Intensive Strahlung: Das gesamte Zentrum leuchtet hell in Röntgen- und Gammastrahlen. Dieses hochenergetische „Glühen“ stammt von einer Vielzahl von Quellen: Gas, das auf Schwarze Löcher fällt, schnell rotierende Neutronensterne (Pulsare) und die Nachwirkungen zahlloser Supernova-Explosionen.
• Die Fermi-Blasen: Eines der spektakulärsten Merkmale. Das sind zwei gigantische, Blasen-förmige Strukturen, die sich Zehntausende von Lichtjahren weit über und unter die galaktische Scheibe erstrecken. Das Fermi-Gammastrahlenteleskop hat sie entdeckt. Man vermutet, dass sie die Überreste eines gewaltigen „Ausbruchs“ von Sgr A* sind, der vor Millionen von Jahren stattfand – ein kosmisches „Rülpsen“, nachdem das Schwarze Loch eine große Menge Gas verschlungen hatte.
• Ein „Friedhof“ voller Schwarzer Löcher: Die Theorie besagt, dass sich im Laufe der Jahrmilliarden Tausende von stellaren Schwarzen Löchern (die Überreste massereicher Sterne) in Richtung Zentrum bewegt haben. Sie sollten sich dort in der Nähe von Sgr A* angesammelt haben. Diesen „Friedhof“ direkt nachzuweisen, ist extrem schwierig, aber er muss existieren.

Warum sollte uns dieses ferne, verborgene Zentrum überhaupt interessieren?

Das klingt alles furchtbar weit weg, oder? Ein 26.000 Lichtjahre entferntes Monster, versteckt hinter Staub. Was hat das mit uns zu tun?

Die Antwort ist fundamental: Alles. Wir wollen wissen, woher wir kommen.

Das Galaktische Zentrum ist der Motor unserer Galaxie. Die Vorgänge dort, insbesondere das Wachstum des supermassereichen Schwarzen Lochs, sind untrennbar mit der Entstehung und Entwicklung der gesamten Milchstraße verbunden. Astronomen haben herausgefunden, dass die Masse eines zentralen Schwarzen Lochs fast immer in einem direkten Verhältnis zur Masse seiner Heimatgalaxie steht. Das bedeutet: Galaxien und ihre zentralen Schwarzen Löcher wachsen gemeinsam. Sie beeinflussen sich gegenseitig in einem Prozess, den man „kosmisches Feedback“ nennt.

Indem wir Sgr A* und seine Umgebung studieren, lernen wir, wie unsere Milchstraße zu der wunderschönen Spiralgalaxie wurde, die sie heute ist. Wir lernen, wie der Materiekreislauf funktioniert: Wie Sterne geboren werden, ihr Leben leben, sterben und ihre Elemente wieder an die Galaxie zurückgeben. Elemente, aus denen neue Sterne, neue Planeten und vielleicht eines Tages auch Leben entstehen.

Beeinflusst das Galaktische Zentrum unser Leben hier auf der Erde?

Direkt? Nein. Gott sei Dank.

Wir sind weit weg in einem ruhigen, sicheren „Vorort“. Die intensive Strahlung und die gravitativen Störungen des Zentrums erreichen uns nicht. Und das ist auch gut so. Das Leben, wie wir es kennen, wäre in der Nähe des Zentrums wahrscheinlich unmöglich.

Indirekt? Absolut.

Die Existenz und die Eigenschaften des Galaktischen Zentrums haben die großräumige Struktur der Milchstraße geformt. Diese Struktur – die Spiralarme, die Verteilung von Gas, die Stabilität der galaktischen Scheibe – ist der Grund, warum unser Sonnensystem an einem Ort entstehen konnte, der über Jahrmilliarden hinweg stabil blieb. Diese Stabilität war die Grundvoraussetzung dafür, dass sich das Leben auf der Erde ungestört entwickeln konnte.

Wir leben in der „galaktischen bewohnbaren Zone“. Nicht zu nah am chaotischen Zentrum, aber auch nicht zu weit draußen, wo die schweren Elemente (die für Planeten und Leben notwendig sind) zu selten sind. Das Verständnis des Zentrums hilft uns zu definieren, was unsere kosmische Heimat so besonders macht. Weitere Informationen zu den laufenden Forschungen finden Sie auf der Webseite der Europäischen Südsternwarte (ESO) zum Galaktischen Zentrum, die viele dieser bahnbrechenden Entdeckungen gemacht hat.

Das Herz der Milchstraße schlägt

Das Galaktische Zentrum ist weit mehr als nur ein statischer Mittelpunkt auf einer Sternenkarte. Es ist ein lebendiges, atmendes, dynamisches Labor. Ein Ort, an dem die extremsten physikalischen Gesetze des Universums auf die Probe gestellt werden. Es ist ein Ort der Schöpfung, an dem Sterne unter unmöglich scheinenden Bedingungen geboren werden. Und es ist ein Ort der Zerstörung, dominiert von einem Schwarzen Loch mit der Masse von vier Millionen Sonnen.

Jedes Mal, wenn wir mit Infrarot-, Radio- und Röntgenteleskopen durch den Staubschleier blicken, entdecken wir neue Rätsel – von mysteriösen Magnetfäden bis hin zu den Geisterblasen vergangener Eruptionen.

Als wir das erste Bild von Sagittarius A* sahen, blickten wir nicht nur auf ein Objekt. Wir blickten auf den Schwerkraft-Anker unserer galaktischen Familie. Auf den verborgenen Motor, der die Struktur unserer 26.000 Lichtjahre entfernten Heimat mitgeformt hat.

Das Herz unserer Galaxie ist dunkel, es ist wild, und es ist unvorstellbar mächtig. Und wir haben gerade erst begonnen, seinen Puls zu fühlen.

Häufig gestellte Fragen – Was ist das galaktische Zentrum

Jurica Sinko

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