Zentrum der Milchstraße – Herz der Galaxie

Das Zentrum der Milchstraße liegt etwa 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Schütze und ist ein Ort extremer physikalischer Bedingungen. In seinem Mittelpunkt befindet sich das supermassereiche Schwarze Loch Sagittarius A, das rund 4,3 Millionen Sonnenmassen besitzt. Dieses Schwarze Loch ist von einer dichten Ansammlung alter Sterne, Gaswolken und Staub umgeben. Durch die dichten Staubschichten im sichtbaren Licht kaum zu erkennen, wird das Zentrum vor allem im Infrarot- und Radiobereich erforscht. Teleskope wie das Very Large Telescope der ESO und das Keck-Observatorium auf Hawaii haben entscheidende Daten über die Bewegungen der Sterne um Sagittarius A gesammelt. Diese präzisen Messungen bestätigten indirekt die Existenz des Schwarzen Lochs. Besonders interessant ist die sogenannte Sternengruppe S, deren Mitglieder extrem enge und schnelle Bahnen um das Zentrum ziehen. Der Stern S2 etwa umrundet Sagittarius A* in nur 16 Jahren und erreicht dabei Geschwindigkeiten von über 7.000 Kilometern pro Sekunde. Solche Beobachtungen erlauben es Astronomen, die Raumzeitkrümmung in unmittelbarer Nähe eines Schwarzen Lochs zu untersuchen. In der zentralen Region, bekannt als „Galaktischer Nukleus“, herrscht eine enorme Strahlungsdichte. Sie entsteht durch die vielen heißen Sterne, dichte Gaswolken und energiereiche Prozesse nahe des Schwarzen Lochs. Radiobeobachtungen zeigen komplexe Strukturen aus Magnetfeldern und Plasmaströmen. Diese magnetischen Strukturen scheinen Gas in Spiralbahnen auf das Schwarze Loch zu lenken. Obwohl Sagittarius A* derzeit relativ ruhig ist, gibt es Hinweise darauf, dass es in der Vergangenheit aktiver war. Alte Röntgenblitze und Gasblasen deuten auf frühere Ausbrüche hin, die das galaktische Umfeld stark beeinflussten. Solche Aktivitäten könnten gewaltige Energiemengen in die Umgebung geschleudert haben. Über dem Zentrum erheben sich zudem gigantische Strukturen, die sogenannten Fermi-Blasen. Diese erstrecken sich zehntausende Lichtjahre über und unter die galaktische Scheibe und stammen vermutlich von früheren Energieausbrüchen. Das Zentrum selbst ist ein dynamischer Ort, an dem sich die Gravitation, Strahlung und Materie in einem empfindlichen Gleichgewicht befinden. Infrarotbilder zeigen dort zahlreiche junge Sternhaufen, die trotz der extremen Bedingungen entstehen konnten. Diese Sternbildung im unmittelbaren Umfeld eines Schwarzen Lochs ist ein astrophysikalisches Rätsel. Die dichten Molekülwolken in der Umgebung liefern das Rohmaterial für diese Prozesse. Ihre Wechselwirkung mit den Gravitationskräften erzeugt Schockwellen, die neue Sterne hervorbringen können. Neben Sternen findet man dort auch zahlreiche Neutronensterne und Pulsare. Diese Objekte senden Radiowellen aus, die Astronomen zur Erforschung des galaktischen Zentrums nutzen. In den letzten Jahren gelang es, die Bewegung einzelner Staub- und Gaswolken zu verfolgen, die sich Sagittarius A* nähern. Beim Eintreten in die Akkretionszone werden sie stark erhitzt und emittieren Röntgenstrahlung. Solche Ereignisse liefern wertvolle Daten über die Materiephysik in der Nähe eines Schwarzen Lochs. Beobachtungen mit dem Event Horizon Telescope ermöglichten 2022 erstmals ein direktes Bild des Schattens von Sagittarius A*. Dieses historische Ergebnis zeigte die typische ringförmige Struktur, die durch den gekrümmten Raum um das Schwarze Loch entsteht. Das Zentrum der Milchstraße ist somit ein Labor der Extremphysik. Hier lassen sich fundamentale Theorien der Gravitation, Relativität und Sternentwicklung überprüfen. Gleichzeitig spielt dieser Bereich eine Schlüsselrolle für das Verständnis der Entstehung und Entwicklung unserer Galaxie. Es ist der Ort, an dem Vergangenheit und Zukunft der Milchstraße aufeinandertreffen.

Die wichtigsten Strukturen und Komponenten im Galaktischen Zentrum sind:

Kernregion und Bulge

• Supermassives Schwarzes Loch (SMBH): Im absoluten Zentrum befindet sich die extrem kompakte Radioquelle Sagittarius A* (Sgr A*). Es handelt sich um ein supermassives Schwarzes Loch mit etwa 4 Millionen Sonnenmassen, das den Rotationsmittelpunkt der gesamten Milchstraße bildet.
• Zentraler Sternhaufen (Nuclear Star Cluster): Eine extrem dichte Ansammlung von Sternen, die Sgr A* direkt umgeben. Die Sterne hier bewegen sich auf sehr engen und schnellen Umlaufbahnen.
• Zentraler Bulge: Die verdickte, längliche (balkenförmige) Zentralregion der Milchstraße, die den Kern umgibt. Dieser Bulge besteht hauptsächlich aus älteren, rötlicheren Sternen und hat eine Balkenspiralgalaxie-Form (daher der Name: Balken-Spiralgalaxie).

Gas, Plasma und Magnetfelder

• Molekulare Ringe und Wolken: Das Zentrum ist von einem großen Ring aus kälterer molekularer interstellarer Materie umgeben. In dieser Region finden intensive Sternentstehungsprozesse statt.
• Radiofilamente: Astronomen haben Hunderte von rätselhaften, fädigen Strukturen entdeckt, die Radiofilamente genannt werden. Diese scheinen senkrecht zur Galaxienebene zu stehen oder zeigen radial auf Sgr A*. Sie werden wahrscheinlich durch intensive Ausströme oder Magnetfelder des zentralen Schwarzen Lochs verursacht.

Hochenergetische Phänomene

• Fermi-Blasen (Gammastrahlen-Blasen): Vom Galaktischen Zentrum gehen zwei gigantische, symmetrische Blasen aus, die sich senkrecht zur Ebene der Milchstraße über etwa 25.000 Lichtjahre in den Halo erstrecken. Sie emittieren Gammastrahlung und Röntgenstrahlung und sind das Ergebnis eines massiven Energieausstoßes aus der Kernregion, wahrscheinlich durch Sgr A* oder einer intensiven Sternentstehungsphase in der Vergangenheit.
• Pevatron: Das Zentrum wird als potenzielle Quelle für hochenergetische kosmische Strahlen (Protonen bis zu Petaelektronenvolt, ein sogenanntes Pevatron) diskutiert, wobei Sgr A* als wahrscheinlichste Quelle in Frage kommt.

Galaktisches Zentrum: Schlüsselstrukturen