Rekordbild aus dem Zentrum der Milchstraße

Mitten in der Milchstraße: Rekordaufnahme offenbart Sternenbildung nahe dem Schwarzen Loch

Erstmals komplett kartiert: Im Zentrum der Milchstraße entstehen Sterne neben einem Schwarzen Loch aus kaltem Gas.

Das Zentrum der Milchstraße zählt zu den extremsten Regionen unserer Galaxie. Dichte Staubwolken verdecken den direkten Blick. Gleichzeitig wirken dort enorme Gravitationskräfte rund um ein supermassereiches Schwarzes Loch. Jetzt liegt erstmals ein vollständiges Bild dieser Region in bisher unerreichter Detailtiefe vor. Ein internationales Forschungsteam hat die sogenannte Zentrale Molekülzone komplett kartiert – mit dem Radioteleskop-Verbund ALMA in Chile.

Die Ergebnisse erschienen in mehreren Fachartikeln in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Grundlage ist das Großprojekt „ALMA Central Molecular Zone Exploration Survey“, kurz ACES. Die Europäische Südsternwarte (ESO) betreibt ALMA gemeinsam mit Partnern in der Atacama-Wüste. Mit dieser Anlage lassen sich besonders kalte Gaswolken sichtbar machen, die im normalen Licht unsichtbar bleiben.

Im Zentrum der Milchstraße entstehen Sterne unter Extrembedingungen

Die untersuchte Region erstreckt sich über mehr als 650 Lichtjahre. Am Himmel entspricht das einer Fläche von drei nebeneinanderliegenden Vollmonden. Es ist das größte zusammenhängende Bild, das ALMA bisher aufgenommen hat. Erstmals wurde ein so großes Gebiet in dieser Auflösung gescannt.

Im Mittelpunkt steht kaltes molekulares Gas. Dieses Gas bildet den Rohstoff für neue Sterne. Die Daten zeigen ein dichtes Netzwerk aus Filamenten. Entlang dieser Strukturen fließt Materie in kompakte Wolken. Dort verdichtet sich das Gas weiter – und neue Sterne entstehen.

Ashley Barnes von der ESO beschreibt die Region so: „Es ist ein Ort der Extreme, für unsere Augen unsichtbar, aber jetzt in außergewöhnlicher Detailgenauigkeit sichtbar gemacht.“ Hohe Dichten, starke Turbulenzen und intensive Strahlung prägen das Umfeld.

Das größte ALMA-Bild seiner Art zeigt die Verteilung von molekularem Gas im Zentrum der Milchstraße und umfasst am Himmel eine Fläche von drei Vollmonden. Die farbige Karte aus dem Projekt ACES markiert verschiedene Moleküle und macht sichtbar, wie sich Gas in dieser extremen Region unserer Galaxie organisiert. © ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/S. Longmore et al. Background: ESO/D. Minniti et al. — Das größte ALMA-Das größte ALMA-Bild seiner Art zeigt die Verteilung von molekularem Gas in der Zentralen Molekülzone (Central Molecular Zone, CMZ) im Zentrum der Milchstraße und umfasst am Himmel eine Fläche von drei Vollmonden. Die farbige Karte aus dem Projekt ACES markiert verschiedene Moleküle und macht sichtbar, wie sich Gas in dieser extremen Region unserer Galaxie organisiert. © ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/S. Longmore et al. Background: ESO/D. Minniti et al.

Gewaltige Explosionen prägen das galaktische Zentrum

Im Kern unserer Galaxie entstehen besonders massereiche Sterne. Diese Sterne leben nur kurz. Sie enden in gewaltigen Explosionen. Steve Longmore von der Liverpool John Moores University erklärt: „Die CMZ beherbergt einige der massereichsten Sterne unserer Heimatgalaxie, von denen viele ein kurzes Leben haben und früh sterben, ihr Leben in gewaltigen Supernova-Explosionen oder sogar Hypernovae beenden.“

Die Aufnahme verortet die zentrale Molekülzone im Kern der Milchstraße mit ihren dichten, komplexen Gaswolken. — Diese Grafik zeigt die zentrale Molekülzone im Kern der Milchstraße, eine Region mit besonders dichten und komplexen Gaswolken. © ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/S. Longmore et al. Stars in inset: ESO/D. Minniti et al. Milky Way: ESO/S. Guisard

Solche Explosionen beeinflussen das umliegende Gas. Sie setzen Energie frei, verändern chemische Zusammensetzungen und können neue Sternentstehung auslösen oder bremsen. Die Region gilt daher als natürliches Labor für extreme Astrophysik.

Verborgene Moleküle verraten überraschende Chemie

Ein zentrales Ergebnis betrifft die chemische Vielfalt. Die Forschenden identifizierten Dutzende Moleküle. Dazu gehören einfache Verbindungen wie Siliziummonoxid. Auch komplexere organische Moleküle wie Methanol, Aceton und Ethanol tauchen auf. Katharina Immer von der ESO sagt: „Wir hatten bei der Planung der Untersuchung ein hohes Maß an Detailgenauigkeit erwartet, waren aber dennoch überrascht von der Komplexität und Vielfalt.“

Die Verteilung dieser Moleküle liefert Hinweise darauf, wie Gas unter extremem Druck und starker Strahlung reagiert. Sie hilft zu verstehen, wie sich Materie in turbulenten Umgebungen organisiert.

Das größte ALMA-Bild zeigt, wie unterschiedlich sich Moleküle im Zentrum der Milchstraße verteilen. — Diese Aufnahme zeigt die Verteilung verschiedener Moleküle im Zentrum der Milchstraße. Forschende erfassten die Daten mit dem Radioteleskop-Verbund ALMA im Rahmen der Durchmusterung „ALMA CMZ Exploration Survey“ (ACES). © ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/S. Longmore et al.

Einzigartiger Blick auf die Entstehung früher Galaxien

Der galaktische Kern bietet einen entscheidenden Vorteil: Er liegt vergleichsweise nahe. Andere Galaxienkerne befinden sich Millionen oder Milliarden Lichtjahre entfernt. „Es ist der einzige galaktische Kern, der nah genug an der Erde liegt, dass wir ihn so detailliert untersuchen können“, so Barnes.

Die Bedingungen dort ähneln jenen im frühen Universum. Damals entstanden Galaxien in besonders dichten und chaotischen Umgebungen. Longmore formuliert es so: „Wir glauben, dass diese Region viele Gemeinsamkeiten mit Galaxien im frühen Universum hat.“ Die Daten helfen, grundlegende Fragen zu klären:

Wie kollabiert Gas in extrem dichten Regionen?
Wie beeinflussen massereiche Sterne ihr Umfeld?
Wie entsteht chemische Vielfalt unter extremen Bedingungen?

Technischer Fortschritt steht bevor

Das aktuelle Rekordbild ist nicht der Endpunkt. Ein geplantes „ALMA Wideband Sensitivity Upgrade“ soll die Empfindlichkeit des Teleskops weiter erhöhen. Zusätzlich entsteht mit dem Extremely Large Telescope ein weiteres Großinstrument der ESO. „Das bevorstehende Upgrade wird uns ermöglichen, noch tiefer in diese Region vorzudringen“, sagt Barnes. Und er ergänzt:

In vielerlei Hinsicht ist dies erst der Anfang.

Kurz zusammengefasst:

ALMA hat die Zentrale Molekülzone im Zentrum der Milchstraße erstmals vollständig und in Rekordauflösung kartiert – über mehr als 650 Lichtjahre hinweg und mit einer Bildfläche von drei Vollmonden am Himmel.
Die Daten zeigen, wie kaltes molekulares Gas in dichten Filamenten zu neuen Sternen kollabiert, während Supernovae und Hypernovae das Umfeld prägen und Dutzende Moleküle wie Methanol oder Ethanol entstehen.
Weil dieser galaktische Kern der Erde vergleichsweise nahe liegt, dient er als Modell für extreme Bedingungen im frühen Universum und hilft, Stern- und Galaxienentwicklung besser zu verstehen.

Übrigens: Während neue Teleskopbilder das Zentrum der Milchstraße sichtbar machen, wächst am Südpol ein Detektor heran, der unsichtbare Neutrinos aus Sternexplosionen einfängt. 650 zusätzliche Sensoren tief im antarktischen Eis sollen künftig auch schwächere Signale aus Supernovae messen. Mehr dazu in unserem Artikel.