Gepulste Radiostrahlung liefert Hinweise auf Fressgewohnheiten des Schwarzen Lochs
Pulsar
© MPI für Radioastronomie / Ralph EatoughDer Pulsar PSR J1745-2900 nahe am supermassereichen schwarzen Loch
Bisher galt das Zentrum unserer Milchstraße quasi als pulsarfreier Raum: Trotz jahrzehntelanger Suche konnten die Astronomen keinen rotierenden Neutronenstern nahe am Schwarzen Loch entdecken. Jetzt aber haben Forscher dort doch einen jungen Pulsar entdeckt, einen Magnetar. Seine Strahlung verrät ihnen, dass das Massemonster im Herzen unserer Galaxie durch starke Magnetfelder im Zaum gehalten wird. Sie hindern das Schwarze Loch am "Fressen" und erklären gleichzeitig, woher die starke Strahlung aus dieser Region stammt, so die Forscher im Fachmagazin Nature.

Pulsare sind rasch rotierende, extrem dicht gepackte Neutronensterne, die wie kosmische Leuchttürme äußerst präzise Radioblitze abstrahlen. Unter anderem deshalb eignen sich diese nur rund 20 Kilometer großen Objekte ideal, um beispielsweise zu prüfen, wie stark ihre Radiowellen und auch die von ihnen durchquerte Raumzeit durch große Massen gekrümmt wird - wie es die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein vorhersagt.

Spurensuche am Massemonster

Auch im Herzen unserer Galaxie, der Milchstraße, existiert ein Massengigant, der die Raumzeit theoretisch enorm krümmen müsste: das supermassereiche Schwarze Loch Sagittarius A* (Sgr A*). Es vereinigt auf kleinsten Raum die Masse von rund vier Millionen Sonnen. Es würde sich daher perfekt dazu eignen, um zu untersuchen, ob Einsteins Vorhersagen auch bei extremen Massen noch zutreffen. Deshalb suchen Astronomen auch schon seit mehr als 20 Jahren nach einem Pulsar, der dafür nahe genug an Sagittarius A* steht. Trotz langen Suchens schien das Herzen der Milchstraße jedoch eine Pulsar-freie Zone zu sein - bis zum Frühjahr dieses Jahres.

Satelliten der US-Raumfahrtbehörde NASA hatten damals eine neue Röntgenquelle in Richtung des galaktischen Zentrums entdeckt, deren Strahlung pulsierte. Aus den Daten schlossen die Wissenschaftler, dass es sich um einen Magnetar - einen jungen Neutronenstern mit extrem starkem Magnetfeld - handeln musste. Diese Objekte besitzen extrem starke Magnetfelder in der Größenordnung von 100 Millionen Tesla - das ist ungefähr 1000-fach stärker als das Magnetfeld von normalen Neutronensternen oder 100 Billionen Mal stärker als das Magnetfeld der Erde.

Doch keine pulsarfreie Zone

„Sobald wir von der Entdeckung regelmäßiger Pulse im Röntgenbereich mit dem NuSTAR-Teleskop gehört hatten, haben wir das Effelsberger 100-Meter-Teleskop in Richtung des galaktischen Zentrums ausgerichtet”, sagt Ralph Eatough vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie. „Bei den ersten Beobachtungen war der Pulsar noch nicht eindeutig sichtbar. Beim zweiten Versuch aber erwies er sich im Radiobereich als recht aktiv und sehr leuchtkräftig." Dabei bestätigte sich auch, dass der Pulsar mit der Bezeichnung PSR J1745-2900 zu den Magnetaren gehört.
Radioteleskop Effelsberg
© MPI für Radioastronomie / Ralph EatoughOhr ins All: Das 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg bei Beobachtungen im Rahmen eines regelmäßigen Suchprogramms für neue Pulsare in Richtung des galaktischen Zentrums. Dieses befindet sich in Richtung des Sternbilds Schütze (Sagittarius). Von Effelsberg aus steht es sehr tief am Horizont in südlicher Richtung und zeigt sich täglich nur für etwas mehr als zwei Stunden.
Soweit so gut. Leider aber steht auch der neu gefundene Pulsar zu weit vom Schwarzen Loch entfernt, um die Krümmung der Raumzeit in seinem Umfeld detailliert zu erforschen. Der Magnetar benötigt immerhin mindestens 500 Jahre, um Sagittarius A* einmal komplett zu umrunden. „Im Idealfall möchten wir schneller rotierende Pulsare in geringerem Abstand vom Zentrum finden, um damit die Timing-Resultate noch genauer zu machen“, sagt Eatough. „Der neue Pulsar lässt hoffen, dass uns das in Zukunft gelingt.“

Starkes Magnetfeld hindert Schwarzes Loch am Fressen

Aber der neue Pulsar hat den Astronomen trotzdem wichtige Informationen über das Schwarze Loch im Milchstraßen-Zentrum geliefert. Weil die Strahlung eines Magnetars stark polarisiert ist, lässt sich an ihr ablesen, ob sie auf ihrem Weg durch äußere Magnetfelder gedreht wurde. Solche Magnetfelder erzeugt auch das Schwarze Loch, wenn es Materie aus seiner Umgebung verschlingt. Sie verraten unter anderem, wie aktiv und gefräßig das Schwarze Loch ist.

„Um die Eigenschaften von Sgr A* verstehen zu können, müssen wir den Akkretionsprozess begreifen, mit dem das Gas in das zentrale schwarze Loch transportiert wird“, sagt Michael Kramer, Direktor am Max-Planck-Institut für Radioastronomie. „Bis jetzt blieb ein Parameter unbekannt, nämlich die Magnetisierung des Gases. Die aber ist entscheidend für die Struktur des Akkretionsflusses.“

Dank des neuen Pulsars ist es den Forschern jetzt gelungen, die Stärke des Magnetfelds genau dort zu messen, wo der Akkretionsfluss - der Strom der eingesaugten Materie - zur Zentralquelle einsetzt. Dabei zeigte sich, dass das Massemonster im Herzen der Milchstraße an dieser Stelle ein starkes und großskalig geordnetes Magnetfeld besitzt. Möglicherweise ist dieses sogar schuld daran, dass Sgr A* im Vergleich zu supermassereichen schwarzen Löchern in anderen Galaxien eher hungert und nur wenig aktiv ist: Denn sehr starke Magnetfelder direkt am schwarzen Loch können den Akkretionsprozess unterdrücken.

(Nature, 2013; doi: 10.1038/nature12499)
(Max-Planck-Institut für Radioastronomie - NPO)