- Plutos Atmosphäre friert ein, wenn Pluto im sonnenfernsten Teil seiner elliptischen Bahn ist. Zur Zeit steht Pluti der Sonne etwas näher und das Eis verdampft und bildet eine Atmosphäre aus Stickstoff und Methan.

- Durch Sternbedeckungen konnte die Atmosphäre genauer untersucht werden: Ihre Temperatur steigt nach oben (auf -170° C). Durch die Verdunstungskälte ist die Temperatur der  Oberfläche nur -220° C.

 Hier die ESO Pressemeldung:

The lower atmosphere of Pluto revealed

Using ESO's Very Large Telescope, astronomers have gained valuable new insights about the atmosphere of the dwarf planet Pluto. The scientists found unexpectedly large amounts of methane in the atmosphere, and also discovered that the atmosphere is hotter than the surface by about 40 degrees, although it still only reaches a frigid minus 180 degrees Celsius. These properties of Pluto's atmosphere may be due to the presence of pure methane patches or of a methane-rich layer covering the dwarf planet's surface.

"With lots of methane in the atmosphere, it becomes clear why Pluto's atmosphere is so warm," says Emmanuel Lellouch, lead author of the paper reporting the results.

Pluto, which is about a fifth the size of Earth, is composed primarily of rock and ice. As it is about 40 times further from the Sun than the Earth on average, it is a very cold world with a surface temperature of about minus 220 degrees Celsius!

It has been known since the 1980s that Pluto also has a tenuous atmosphere [1], which consists of a thin envelope of mostly nitrogen, with traces of methane and probably carbon monoxide. As Pluto moves away from the Sun, during its 248 year-long orbit, its atmosphere gradually freezes and falls to the ground. In periods when it is closer to the Sun — as it is now — the temperature of Pluto's solid surface increases, causing the ice to sublimate into gas.

Until recently, only the upper parts of the atmosphere of Pluto could be studied. By observing stellar occultations (ESO 21/02), a phenomenon that occurs when a Solar System body blocks the light from a background star, astronomers were able to demonstrate that Pluto's upper atmosphere was some 50 degrees warmer than the surface, or minus 170 degrees Celsius. These observations couldn't shed any light on the atmospheric temperature and pressure near Pluto's surface. But unique, new observations made with the CRyogenic InfraRed Echelle Spectrograph (CRIRES), attached to ESO's Very Large Telescope, have now revealed that the atmosphere as a whole, not just the upper atmosphere, has a mean temperature of minus 180 degrees Celsius, and so it is indeed "much hotter" than the surface.

In contrast to the Earth's atmosphere [2], most, if not all, of Pluto's atmosphere is thus undergoing a temperature inversion: the temperature is higher, the higher in the atmosphere you look. The change is about 3 to 15 degrees per kilometre. On Earth, under normal circumstances, the temperature decreases through the atmosphere by about 6 degrees per kilometre.

"It is fascinating to think that with CRIRES we are able to precisely measure traces of a gas in an atmosphere 100 000 times more tenuous than the Earth's, on an object five times smaller than our planet and located at the edge of the Solar System," says co-author Hans-Ulrich Käufl. "The combination of CRIRES and the VLT is almost like having an advanced atmospheric research satellite orbiting Pluto."

The reason why Pluto's surface is so cold is linked to the existence of Pluto's atmosphere, and is due to the sublimation of the surface ice; much like sweat cools the body as it evaporates from the surface of the skin, this sublimation has a cooling effect on the surface of Pluto. In this respect, Pluto shares some properties with comets, whose coma and tails arise from sublimating ice as they approach the Sun.

The CRIRES observations also indicate that methane is the second most common gas in Pluto's atmosphere, representing half a percent of the molecules. "We were able to show that these quantities of methane play a crucial role in the heating processes in the atmosphere and can explain the elevated atmospheric temperature," says Lellouch.

Two different models can explain the properties of Pluto's atmosphere. In the first, the astronomers assume that Pluto's surface is covered with a thin layer of methane, which will inhibit the sublimation of the nitrogen frost. The second scenario invokes the existence of pure methane patches on the surface.

"Discriminating between the two will require further study of Pluto as it moves away from the Sun," says Lellouch. "And of course, NASA's New Horizons space probe will also provide us with more clues when it reaches the dwarf planet in 2015.

Notes

[1] The atmospheric pressure on Pluto is only about one hundred thousandth of that on Earth, or about 0.015 millibars.

[2] Usually, air near the surface of the Earth is warmer than the air above it, largely because the atmosphere is heated from below as solar radiation warms the Earth's surface, which, in turn, warms the layer of the atmosphere directly above it. Under certain conditions, this situation is inverted so that the air is colder near the surface of the Earth. Meteorologists call this an inversion layer, and it can cause smog build-up. 

More information

E. Lellouch et al. 2009, A&A, in press, Pluto's lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations.
The team is composed of E. Lellouch, B. Sicardy, and

Meldung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt:

Der CoRoT-Satellit (Convection, Rotation and Planetary Transits) hat seinen ersten Gesteinsplaneten außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt. Der bislang kleinste bekannte extrasolare Planet trägt den Namen CoRoT-Exo-7b und ist knapp zweimal so groß wie die Erde. Er umkreist seinen sonnenähnlichen Zentralstern in nur 20 Stunden. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat die On-Board-Software von CoRoT entwickelt und ist an der wissenschaftlichen Auswertung der Daten beteiligt.

"Die Entdeckung ist eine echte Sensation"

Wegen der großen Nähe zu seiner Sonne hat der Planet vermutlich eine Temperatur von mehr als 1000 Grad Celsius. Mit diesen Eigenschaften unterscheidet sich CoRoT-Exo-7b grundsätzlich von den meisten bisher entdeckten 330 Planeten, die in der Regel riesige Gasplaneten, so genannte heiße Jupiter sind. Noch kennen die Forscher die genaue Dichte von CoRoT-Exo-7b nicht, nach den bisherigen Kenntnissen könnte es ein Gesteinsplanet, ähnlich wie unsere Erde sein oder ein mit Lava bedeckter Planet. Möglich ist auch, dass er zur Hälfte aus Wasser und zur Hälfte aus Stein besteht und eine extrem heiße und dichte Wasserdampf-Atmosphäre besitzt. CoRoT-Exo-7b und sein Zentralstern sind 400 Lichtjahre von der Erde entfernt.

 
 

"Die Entdeckung eines so kleinen Planeten ist eine echte Sensation. Damit haben sich die Erwartungen, die wir in CoRoT gesetzt haben, voll erfüllt", sagt Prof. Heike Rauer, Projektleiterin CoRoT beim DLR.

Extrasolare Planetensuche aus dem All

Der erste Verdacht der Entdeckung entstand nach 40 Tagen während einer 150-tägigen Beobachtungsperiode im Winterhalbjahr 2007/2008. CoRoT sucht nach extrasolaren Planeten mit der Transitmethode. Dabei misst das Weltraumteleskop über eine längere Periode die Helligkeitsschwankungen von Sternen. Der Grund für eine solche Schwankung kann ein Planet sein, der vor der Sonne herwandert und diese minimal, aber messbar, verdunkelt. Forscher bezeichnen diese Konstellation als Planetentransit. Eine Veränderung der Helligkeit eines Sterns kann jedoch verschiedene Ursachen haben. Deshalb muss jeder Planetenkandidat, der den Forschern aus den Lichtkurvenmessungen ins Netz geht, durch mehrere Nachfolgemessungen bestätigt werden. Diese Nachfolgebeobachtungen werden von einem Netzwerk großer erdgebundener Teleskope übernommen, unter anderem auch von der Thüringer Landessternwarte in Tautenburg. Bei diesen Nachfolgemessungen haben die Forscher auch herausgefunden, dass innerhalb von acht Tagen noch ein weiterer Planet diese Sonne umkreist. Dieser hat die 14-fache Erdmasse und ist damit ein so genannter heißer Neptun. Dieser große Planet wandert von der Erde aus gesehen nie vor seinem Zentralgestern her und konnte daher nicht mit der Transitmethode nachgewiesen werden. Aufgrund seiner großen Masse wirkt seine Gravitationskraft aber auf seinen Zentralstern und die Forscher konnten die periodische Änderung der Radialgeschwindigkeit des Sterns nachweisen. 

 

Um die Chance einer Entdeckung zu erhöhen, beobachtet CoRoT in einem Messzyklus einen Himmelsausschnitt mit mehreren Tausend Sternen. Dabei wechselt CoRoT halbjährlich die Beobachtungsrichtung. Im Winter ist der Blick in Richtung des Sternbilds Einhorn, im Sommer in die des Sternbilds Adler, in das Zentrum der Milchstraße, gerichtet.

Über CoRoT:

CoRoT startete am 27. Dezember 2006 vom Weltraumbahnhof Baikonur in Kasachstan und ist die erste Satellitenmission, die nach Gesteinsplaneten außerhalb des Sonnensystems sucht. CoRoT hat ein Teleskop mit 27 Zentimetern Öffnung an Bord und befindet sich auf einer polaren Umlaufbahn um die Erde in einer Höhe rund 900 Kilometer. Die Messtechnik von CoRoT ist nicht nur für die Transitsuche von extrasolaren Planeten geeignet, sondern ebenso für den Nachweis und die Untersuchung von Sternvibrationen.

Die Mission wird von der französischen Raumfahrtagentur CNES geleitet, beteiligt sind Forscher der ESA und anderen Forschungsinstituten aus Belgien, Brasilien, Deutschland, Österreich, Spanien. Im Auftrag der Bundesregierung und mit finanzieller Förderung des DLR-Raumfahrtmanagements wurde am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin innerhalb von fünf Jahren die On-Board-Software entwickelt und erprobt. Neben der Steuerung der Instrumente und der präzisen Ausrichtung des Satelliten übernimmt die Software auch einen Teil der Datenverarbeitung und Übertragung.

Der gesamte deutsche Beitrag beträgt rund fünf Millionen Euro. Zum deutschen Team gehören auch die Thüringer Landessternwarte in Tautenburg sowie das Rheinische Institut für Umweltforschung an der Universität zu Köln, die sich mit der Datenanalyse, Simulationsrechnungen und Nachbeobachtungen maßgeblich an der Mission beteiligen.

 

Animation und weitere Infos hier

Auf einem 63 Lichtjahre entfernten Exoplaneten wurden mit Hilfe des Weltraumteleskops Spitzer Absorptionslinien von Wasserdampf, aber auch Kohlenmonoxid und Methan  im Infraroten entdeckt. Der Planet ist ein jupiterähnlicher heißer Gasplanet.

Die dpa meldet eine Entdeckung von Kohlendioxid CO2 mit Hilfe des Hubble Space Teleskops.

Damit ist prinzipiell sicher, dass organische Substanzen in den Atmosphären ferner Planeten entdeckt werden können.

 

Washington (dpa) - Das Weltraumteleskop «Hubble» hat erstmals Kohlendioxid (CO2) bei einem Planeten eines anderen Sonnensystems nachgewiesen. Dies sei ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg, Spuren von Leben auf solchen extrasolaren Planeten im All zu finden, berichtete die US-Raumfahrtbehörde NASA am 9. Dezember in Washington. Der 63 Lichtjahre entfernte Exoplanete HD 189733b im Sternbild Füchschen (Vulpecula) sei zwar zu heiß für Leben. Die Entdeckung zeige aber, dass sich prinzipiell chemische Spuren des Lebens bei Planeten nachweisen lassen, die andere Sterne umkreisen.

Die Wissenschaftler um Mark Swain vom Jet Propulsion Laboratory der NASA hatte mit Hilfe von «Hubbles» Infrarotkamera und einem Spektrometer das Licht von HD 189733b untersucht. Die Gase in der Atmosphäre absorbieren Strahlung bestimmter Wellenlängen. So entsteht eine Art «spektraler Fingerabdruck» der Atmosphärenzusammensetzung, in dem die Forscher auf das Kohlendioxid (CO2) stießen. Auf diese Weise hatte das Team auch bereits Erdgas (Methan), Wasserdampf und Kohlenmonoxid auf demselben Planeten nachgewiesen.

Besonders wichtig sei jedoch das Kohlendioxid: Es könne «unter den richtigen Umständen» eine Verbindung zu biologischer Aktivität anzeigen wie auf der Erde, sagte Swain.

 Einen kurzen Film findet man hier!

RELEASE: 08-323

HUBBLE FINDS CARBON DIOXIDE ON AN EXTRASOLAR PLANET

NASA's Hubble Space Telescope has discovered carbon dioxide in the atmosphere of a planet orbiting another star. This is an important step along the trail of finding the chemical biotracers of extraterrestrial life as we know it.

The Jupiter-sized planet, called HD 189733b, is too hot for life. But the Hubble observations are a proof-of-concept demonstration that the basic chemistry for life can be measured on planets orbiting other stars. Organic compounds can also be a by-product of life processes and their detection on an Earth-like planet may someday provide the first evidence of life beyond Earth.

Previous observations of HD 189733b by Hubble and the Spitzer Space Telescope found water vapor. Earlier this year Hubble found methane in the planet's atmosphere.

"Hubble was conceived primarily for observations of the distant universe, yet it is opening a new era of astrophysics and comparative planetary science," said Eric Smith, Hubble Space Telescope program scientist at NASA Headquarters in Washington. "These atmospheric studies will begin to determine the compositions and chemical processes operating on distant worlds orbiting other stars. The future for this newly opened frontier of science is extremely promising as we expect to discover many more molecules in exoplanet atmospheres."

Mark Swain, a research scientist at NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif., used Hubble's Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) to study infrared light emitted from the planet, which lies 63 light-years away. Gases in the planet's atmosphere absorb certain wavelengths of light from the planet's hot glowing interior. Swain not only identified carbon dioxide, but also carbon monoxide. The molecules leave their own unique spectral fingerprint on the radiation from the planet that reaches Earth. This is the first time a near-infrared emission spectrum has been obtained for an exoplanet.

-more- 
-2-

"The carbon dioxide is the main reason for the excitement because under the right circumstances, it could have a connection to biological activity as it does on Earth," Swain said. "The very fact that we're able to detect it and estimate its abundance is significant for the long-term effort of characterizing planets both to find out what they are made of and if they could be a possible host for life."

This type of observation is best done for planets with orbits tilted edge-on to Earth. They routinely pass in front of and then behind their parent stars, phenomena known as eclipses. The planet HD 189733b passes behind its companion star once every 2.2 days. This allows an opportunity to subtract the light of the star alone, when the planet is blocked, from that of the star and planet together prior to eclipse. That isolating the emission of the planet alone and making possible a chemical analysis of its "day-side" atmosphere.

"In this way, we use the eclipse of the planet behind the star to probe the planet's day side, which contains the hottest portions of its atmosphere," said team member Guatam Vasisht of NASA's Jet Propulsion Laboratory. "We are starting to find the molecules and to figure out how many of them there are to see the changes between the day side and the night side."

This successful demonstration of looking at near-infrared light emitted from a planet is very encouraging for astronomers planning to use NASA's James Webb Space Telescope after it is launched in 2013. These biomarkers are best seen at near-infrared wavelengths. Astronomers look forward to using the James Webb Space Telescope to look spectroscopically for biomarkers on a terrestrial planet the size of Earth or a "super-Earth" several times our planet's mass.

"The Webb telescope should be able to make much more sensitive measurements of these primary and secondary eclipse events," Swain said.

For further information about the Hubble Space Telescope, visit: 
http://hubblesite.org/news/2008/41 
http://www.nasa.gov/hubble

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and the European Space Agency (ESA) and is managed by NASA's Goddard Space Flight Center (GSFC) in Greenbelt, Md. The Space Telescope Science Institute (STScI) conducts Hubble science operations. The institute is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy, Inc., Washington, D.C. STScI is an International Year of Astronomy 2009 (IYA 2009) program partner.

Die Milchstraße dreht sich schneller als angenommen


 Long Beach - Unsere Milchstraße dreht sich schneller und hat viel mehr Masse als bislang gedacht. Das zeigen Präzisionsmessungen mit einem Netz aus Radioteleskopen. Erde und Sonne rasen demnach mit knapp einer Million Kilometer pro Stunde um das Zentrum unserer Heimatgalaxie. Das ist rund 160 000 Kilometer pro Stunde schneller als bisher gedacht, wie Forscher um Mark Reid vom Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik am 5. Januar 2009 auf einer Tagung der Amerikanischen Astronomiegesellschaft (AAS) im kalifornischen Long Beach berichteten. 

Die hohe Rotationsgeschwindigkeit bedeute, dass auch die Masse der Milchstraße um etwa die Hälfte größer sein muss als bisher angenommen - andernfalls würde sie auseinanderfliegen. Damit schließe unsere Heimatgalaxie zu ihrem Nachbarn in der sogenannten Lokalen Gruppe auf, der Andromeda-Galaxie. «Wir sehen die Milchstraße nicht länger als kleine Schwester der Andromeda-Galaxie», betonte Reid. 
Für ihre Untersuchungen benutzten die Astronomen die zehn Radioteleskope des «Very Long Baseline Arrays» (VLBA), die über den amerikanischen Kontinent von Hawaii bis zu den Virgin Islands in der Karibik verteilt sind. Durch einen technischen Trick lassen sich diese Antennen zu einem einzigen, gigantischen Radioteleskop zusammenschalten. Das VLBA kann so über hundert Mal schärfere Bilder machen als das «Hubble»-Weltraumteleskop, allerdings in einem anderen Wellenlängenbereich. Das entspreche der Fähigkeit, von New York aus eine Zeitung in Los Angeles lesen zu können, illustrierten die Forscher. 

Mit dieser Technik nahmen die Astronomen extrem detaillierte Bilder von Regionen reichhaltiger Sternentstehung in der Milchstraße auf und untersuchten deren Eigenbewegung. «Diese neuen VLBA- Beobachtungen der Milchstraße produzieren hochakkurate direkte Messungen der Entfernungen und Bewegungen», erläuterte das deutsche Teammitglied Karl Menten vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. «Diese direkten Messungen verändern unser Verständnis der Struktur und Bewegungen unserer Galaxie.» Innerhalb der Milchstraße sei es sehr schwer, deren Struktur zu bestimmen, erläuterte Menten. «Andere Galaxien brauchen wir bloß anzuschauen und sehen ihre Struktur, bei der Milchstraße geht das nicht. Wir müssen auf ihre Struktur aus Messungen und Kartierungen rückschließen.» 

dpa

News zum Schwarzen Loch im Zentrum der Galaxis: Hier klicken!

16 Jahre lang haben deutsche Astronomen mit den Infrorot Teleskopen der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile 28 Sterne im Zentrum der Galaxis beobachtet, die um das supermassive Schwarze Loch kreisen. Im sichtbaren Licht sind diese Sterne nicht sichtbar, weil ihre Strahlung vom Satub stark abgeschwächt wird.

Die Auflösung der Bilder liegt bei 0,3 Millibogensekunden, das ist nur mit der speziellen adaptiven Optik, die das Verzerren der Bilder durch die Luft ausgleicht (blurring), möglich geworden.

Durch diese Beobachtungen ist die Existenz des 4 Millionen Sonnemassen schweren Schwarzen Loches endgültig gesichert.

Der Stern S2 ist in der Beobachtungszeit mehr als einmal um das Schwarze Loch gelaufen, er kommt bis auf wenige Lichtstunden an das Schwarze Loch heran.

Noch ist nicht verstanden, wie die Sterne in dieser Nähe zum Schwarzen Loch entstanden sind, zukünftige Messungen werden aber nicht nur dieses Rätsel lösen, sondern auch die Allgemeine Relativitätstheorie in der Nähe solcher großen Massen testen.

Interessant ist noch, dass 95% der Masse, die die Sterne in ihreren Bahnen hält, vom Schwarzen Loch stammen. Es bleibt wenig Raum für Dunkle Materie.

Es folgen die ESO Pressemeldung in Englisch und ein Link zu mehreren Filmen.

Bilder, Filme und Animationen findet man hierHier klicken!

ESO 46/08 - Science Release

10 December 2008
For immediate release

Unprecedented 16-Year Long Study Tracks Stars Orbiting Milky Way Black Hole

In a 16-year long study, using several of ESO's flagship telescopes, a team of German astronomers has produced the most detailed view ever of the surroundings of the monster lurking at our Galaxy's heart — a supermassive black hole. The research has unravelled the hidden secrets of this tumultuous region by mapping the orbits of almost 30 stars, a five-fold increase over previous studies. One of the stars has now completed a full orbit around the black hole.

By watching the motions of 28 stars orbiting the Milky Way's most central region with admirable patience and amazing precision, astronomers have been able to study the supermassive black hole lurking there. It is known as "Sagittarius A*" (pronounced "Sagittarius A star"). The new research marks the first time that the orbits of so many of these central stars have been calculated precisely and reveals information about the enigmatic formation of these stars — and about the black hole to which they are bound.

"The centre of the Galaxy is a unique laboratory where we can study the fundamental processes of strong gravity, stellar dynamics and star formation that are of great relevance to all other galactic nuclei, with a level of detail that will never be possible beyond our Galaxy," explains Reinhard Genzel, leader of the team from the Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics in Garching near Munich.

The interstellar dust that fills the Galaxy blocks our direct view of the Milky Way's central region in visible light. So astronomers used infrared wavelengths that can penetrate the dust to probe the region. While this is a technological challenge, it is well worth the effort. "The Galactic Centre harbours the closest supermassive black hole known. Hence, it is the best place to study black holes in detail," argues the study's first author, Stefan Gillessen.

The team used the central stars as "test particles" by watching how they move around Sagittarius A*. Just as leaves caught in a wintry gust reveal a complex web of air currents, so does tracking the central stars show the nexus of forces at work at the Galactic Centre. These observations can then be used to infer important properties of the black hole itself, such as its mass and distance. The new study also showed that at least 95% of the mass sensed by the stars has to be in the black hole. There is thus little room left for other dark matter.

"Undoubtedly the most spectacular aspect of our long term study is that it has delivered what is now considered to be the best empirical evidence that supermassive black holes do really exist. The stellar orbits in the Galactic Centre show that the central mass concentration of four million solar masses must be a black hole, beyond any reasonable doubt," says Genzel. The observations also allow astronomers to pinpoint our distance to the centre of the Galaxy with great precision, which is now measured to be 27 000 light-years.

To build this unparalleled picture of the Milky Way's heart and calculate the orbits of the individual stars the team had to study the stars there for many years. These latest groundbreaking results therefore represent 16 years of dedicated work, which started with observations made in 1992 with the SHARP camera attached to ESO's 3.5-metre New Technology Telescope located at the La Silla observatory in Chile. More observations have subsequently been made since 2002 using two instruments mounted on ESO's 8.2 m Very Large Telescope (VLT). A total of roughly 50 nights of observing time with ESO telescopes, over the 16 years, has been used to complete this incredible set of observations.

The new work improved the accuracy by which the astronomers can measure the positions of the stars by a factor of six compared to previous studies. The final precision is 300 microarcseconds, equivalent at seeing a one euro coin from a distance of roughly 10 000 km.

For the first time the number of known stellar orbits is now large enough to look for common properties among them. "The stars in the innermost region are in random orbits, like a swarm of bees," says Gillessen. "However, further out, six of the 28 stars orbit the black hole in a disc. In this respect the new study has also confirmed explicitly earlier work in which the disc had been found, but only in a statistical sense. Ordered motion outside the central light-month, randomly oriented orbits inside – that's how the dynamics of the young stars in the Galactic Centre are best described."

One particular star, known as S2, orbits the Milky Way's centre so fast that it completed one full revolution within the 16-year period of the study. Observing one complete orbit of S2 has been a crucial contribution to the high accuracy reached and to understanding this region. Yet the mystery still remains as to how these young stars came to be in the orbits they are observed to be in today. They are much too young to have migrated far, but it seems even more improbable that they formed in their current orbits where the tidal forces of the black hole act. Excitingly, future observations are already being planned to test several theoretical models that try to solve this riddle.

"ESO still has much to look forward to," says Genzel. "For future studies in the immediate vicinity of the black hole, we need higher angular resolution than is presently possible." According to Frank Eisenhauer, principal investigator of the next generation instrument GRAVITY, ESO will soon be able to obtain that much needed resolution. "The next major advance will be to combine the light from the four 8.2-metre VLT unit telescopes – a technique known as interferometry. This will improve the accuracy of the observations by a factor 10 to 100 over what is currently possible. This combination has the potential to directly test Einstein's general relativity in the presently unexplored region close to a black hole."

 

Max-Planck-Gesellchaft:

Im Herzen der Milchstraße lauert ein supermassives Schwarzes Loch. In einer 16 Jahre langen Beobachtungskampagne haben Astronomen nun das bisher detailreichste Bild dieser turbulenten Region gezeichnet. Die Forscher konnten die Umlaufbahnen von 28 Sternen verfolgen - fünf Mal mehr als in vorhergehenden Untersuchungen. Seit Beginn der Messungen im Jahr 1992 hat einer der Sterne jetzt sogar das Schwarze Loch einmal vollständig umrundet. (The Astrophysical Journal)

"Das Zentrum der Galaxis ist ein einzigartiges Labor, in dem wir grundlegende Gesetze der Schwerkraft, der Sternendynamik und Sternbildung studieren können. Diese Prozesse sind für alle anderen galaktischen Kerne von zentraler Bedeutung, aber nur im galaktischen Zentrum erreicht man den notwendigen Detaillierungsgrad", sagt Reinhard Genzel, der das Team am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching bei München leitet.

Der interstellare Staub, der die Galaxis füllt, behindert im sichtbaren Licht die direkte Sicht auf das Zentrum. Daher benutzten die Astronomen für ihre Untersuchung dieser Himmelsregion Wellenlängen im Infraroten, die den Staub durchdringen. Das bedeutete eine große technische Herausforderung, doch der Aufwand lohnte sich: "Das galaktische Zentrum beherbergt das nächstliegende uns bekannte superschwere Schwarze Loch, auch Sagittarius A* genannt. Daher ist das der beste Ort überhaupt, wenn man diese Klasse von Objekten untersuchen möchte", meint Stefan Gillessen, Erstautor der Studie.

Die zentralen Sterne der Galaxis dienten als "Testteilchen", denn die Forscher beobachteten genau, auf welche Weise sie sich um Sagittarius A* bewegten. Ähnlich wie Laub, das von einem Windstoß hinweggefegt wird, ein komplexes Netzwerk aus Luftströmen enthüllt, spiegelten auch die Umläufe der Sterne deutlich die Kräfte wider, die im galaktischen Zentrum wirken.

Diese Beobachtungen wurden dann benutzt, um wichtige Eigenschaften des Schwarzen Lochs abzuleiten, etwa seine Masse und Entfernung. Die neue Untersuchung zeigt auch, dass mindestens 95 Prozent der Masse, die auf die Sterne einwirkt, sich im Schwarzen Loch befinden muss. Es bleibt daher wenig Raum für andere dunkle Materie.

"Unsere Langzeitstudie hat den bisher besten empirischen Beweis erbracht, dass supermassive Schwarze Löcher wirklich existieren. Die Sternorbits im galaktischen Zentrum zeigen zweifelsfrei, dass die zentrale Massenkonzentration von vier Millionen Sonnenmassen ein Schwarzes Loch sein muss", sagt Genzel. Die Beobachtungen erlaubten es den Astronomen auch, die Entfernung der Erde vom Zentrum der Galaxis mit hoher Genauigkeit zu bestimmen: Sie beträgt demnach 27.000 Lichtjahre.

Um das beispiellos detaillierte Bild vom Herzen der Milchstraße erstellen und die Umlaufbahnen der einzelnen Sterne berechnen zu können, musste das Team die Sterne über viele Jahre hinweg beobachten. Vor 16 Jahren wurden mit der SHARP-Kamera am New Technology Telescope der Europäischen Südsternwarte die ersten Daten gewonnen und seit 2002 weitere Folgebeobachtungen mit zwei Instrumenten am Very Large Telescope (VLT) gemacht.

Insgesamt rund 50 Nächte Beobachtungszeit mussten investiert werden, bis die Wissenschaftler zu ihren spektakulären Ergebnissen kamen. Die langfristige Vision des deutschen Forscherteams um Reinhard Genzel wurde im Juni dieses Jahres mit dem hoch angesehenen Shaw-Preis ausgezeichnet.

Durch die neue Studie lassen sich nun die Positionen der Sterne mit sechsfach höherer Präzision vermessen als zuvor. Dabei erreichten die Forscher eine Genauigkeit von 300 Mikrobogensekunden: Unter diesem winzigen Winkel erscheint eine Ein-Euro-Münze aus einer Entfernung von rund 10.000 Kilometern.

Zum ersten Mal ist jetzt die Anzahl bekannter Sternorbits groß genug, um sie auf gemeinsame Eigenschaften hin zu untersuchen. "Die Bahnen der Sterne in der innersten Region sind völlig regellos. Dort geht es zu wie in einem Bienenschwarm", sagt Stefan Gillessen. Jedoch umkreisen weiter draußen sechs der 28 Sterne das Schwarze Loch in einer Scheibe. In dieser Hinsicht hat die neue Studie auch frühere Arbeiten bestätigt, in denen die Scheibe gefunden worden war. "Geordnete Bewegung außerhalb des ersten Lichtmonats, zufällig orientierte Bahnen innerhalb davon - so lässt sich die Dynamik der jungen Sterne im galaktischen Zentrum am besten beschreiben", sagt Gillessen.

Ein bestimmter Stern, bekannt als S2, umkreist das Zentrum der Milchstraße so schnell, dass er innerhalb der 16-Jahres-Dauer der Studie seine Bahn einmal vollständig durchlaufen hat. Die Beobachtung eines kompletten Umlaufs von S2 trug entscheidend zur Messgenauigkeit und damit zum Verständnis dieser Region bei. Ein Rätsel bleibt jedoch, wie diese jungen Sterne in die beobachteten Umlaufbahnen gelangten. Sie sind viel zu jung, um von weit her gekommen zu sein, aber es erscheint noch unwahrscheinlicher, dass sie in ihren jetzigen Bahnen entstanden, wo die Gezeitenkräfte des Schwarzen Loches wirken. Zukünftige Beobachtungen sollen theoretische Erklärungsmodelle testen.

"Für Untersuchungen in der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs benötigen wir eine höhere Winkelauflösung als zurzeit möglich", sagt Genzel. Laut Frank Eisenhauer, Projektleiter des Nahinfrarot-Instrumentes GRAVITY, soll die Europäische Südsternwarte jedoch bald in der Lage sein, diese benötigte Auflösung zu erreichen. "Der nächste große Schritt wird sein, das Licht von den vier 8,2-Meter-Teleskopen des VLT zu kombinieren." Das werde die Genauigkeit der Beobachtungen im Vergleich zum heute Möglichen um einen Faktor zwischen 10 und 100 steigern. Eisenhauer: "Diese Kombination besitzt das Potenzial, Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie in der gegenwärtig noch unerforschten Region nahe an einem Schwarzen Loch zu überprüfen."

Quelle: Max-Planck-Gesellschaft