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James-Webb hat metallreiches Gas um das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße entdeckt
Kosmische Spurensuche: Im Umfeld des zentralen Schwarzen Lochs der Milchstraße ist das Gas mit schweren Elementen angereichert. Die Auswertung von Infrarotspektren des James-Webb-Teleskops deutet auf etwa die 1,8-fache Häufigkeit gegenüber der Sonne hin. Das liefert Hinweise auf die Geschichte des Gases und könnte helfen, den rätselhaften Materiennachschub zum Schwarzen Loch besser zu verstehen.
Montréal (Kanada). Im Zentrum der Milchstraße sitzt Sagittarius A*, ein supermassereiches Schwarzes Loch. Um es herum ziehen heiße Sterne und Gasströme ihre Bahnen. Trotzdem verschlingt der Schwerkraftgigant vergleichsweise wenig Materie, obwohl es in seiner näheren Umgebung reichlich möglichen Nachschub gibt.
Ein Teil dieses Vorrats ist die sogenannte Minispirale, ein verzweigtes Netz aus warmem, elektrisch geladenem Gas. Seine chemische Zusammensetzung ist für die Vorgänge im Galaxienzentrum wichtig. Denn schwere Elemente beeinflussen, wie effizient das Gas Wärme abgeben, abkühlen und sich verdichten kann.
Forscher der McGill University um Nicole M. Ford haben nun die Minispirale mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) genauer untersucht. Dazu werteten sie Infrarotspektren des Instruments MIRI aus und trennten anhand von Bewegung und räumlicher Verteilung unterschiedliche Gasstrukturen voneinander. Ihre Analyse erfasst das Gebiet innerhalb von rund 0,1 Parsec um das Schwarze Loch, ungefähr ein Drittel Lichtjahr.
In den Spektren identifizierte das Team Emissionslinien unter anderem von Neon, Argon, Schwefel, Eisen und Nickel. Aus diesen charakteristischen Lichtsignalen lassen sich die Verteilung der Elemente und die Bedingungen im heißen Gas erschließen. Im Mittelpunkt standen der Nördliche Arm, ein als Balken bezeichneter Gasstrom und mehrere kleine, besonders schnell bewegte Gaswolken.
Das Ergebnis: Die untersuchten Bereiche enthalten im Mittel etwa 1,8-mal so viel Neon und Argon relativ zum Wasserstoff wie die Sonne. Dieser Wert dient den Forschern als Maß für die Metallanreicherung, denn Astronomen bezeichnen alle Elemente schwerer als Helium als Metalle. Die chemische Zusammensetzung der verschiedenen Gasströme ist dabei erstaunlich ähnlich.
Allerdings wurde nicht die Häufigkeit jedes schweren Elements gleichermaßen genau bestimmt. Besonders bei Eisen und Nickel beeinflussen Staubpartikel und Annahmen über den Ionisationszustand die Berechnung. Für Sauerstoff war das beobachtete Signal zu schwach, um seine Häufigkeit zuverlässig direkt zu messen.
Die Metallanreicherung ähnelt der vieler Sterne im unmittelbaren Umfeld des Schwarzen Lochs. Das spricht dafür, dass Sterne und Gas eine gemeinsame chemische Vorgeschichte haben könnten. Denkbar ist, dass frühere Explosionen massereicher Sterne die Umgebung mit neu gebildeten schweren Elementen angereichert haben.
Zudem zeigen die unterschiedlichen Emissionslinien, dass der Nördliche Arm stärker ionisiert ist als der Balken. Den größten Teil der dafür nötigen energiereichen Strahlung können nach den Berechnungen heiße Wolf-Rayet-Sterne liefern. Die Metallhäufigkeit ist dagegen über die untersuchten Strukturen hinweg vergleichsweise einheitlich.
Besonders auffällig sind kleine Gasstrukturen, die sich entlang der Sichtlinie mit Geschwindigkeiten von ungefähr 600 Kilometern pro Sekunde auf uns zubewegen. In ihnen finden die Forscher Hinweise auf eine stärkere Ionisation und auf Eisen und Nickel, die aus Staubkörnchen freigesetzt worden sein könnten. Das passt zu lokalen Schockwellen, die durch Zusammenstöße und schnelle Gasbewegungen entstehen.