Das James Webb Space Telescope (JWST) hat Astronomen beispiellose Beobachtungen im mittleren Infrarotbereich von Sagittarius A (Sgr A ) ermöglicht, dem supermassiven Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxie. Diese neuen Erkenntnisse helfen Wissenschaftlern, das Geheimnis hinter den von diesem kosmischen Riesen ausgesandten Flares zu lüften und die Rolle von Magnetfeldern bei der Formung der Materie um Schwarze Löcher weiter zu beleuchten.
Überbrückung der Lücke bei der Beobachtung von Schwarzen Löchern
Seit Jahren untersuchen Wissenschaftler Flares von Schwarzen Löchern in verschiedenen Wellenlängen – nahes Infrarot, Radio und andere – und bieten jeweils eine einzigartige Perspektive auf diese energiereichen Ereignisse. Das Problem war ein fehlendes Teil: Daten im mittleren Infrarotbereich. Diese Lücke verhinderte ein vollständiges Verständnis der Entstehung von Fackeln und der Mechanismen, die sie antreiben. Die erstmals im Januar 2025 veröffentlichten Beobachtungen des JWST füllen diese Lücke, indem sie Infrarot- und Radiowellenlängen mit kritischen Daten im mittleren Infrarotbereich verknüpfen.
Sebastiano von Fellenberg vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie meint: „Die Daten des mittleren Infrarots sind spannend, denn dank der neuen JWST-Daten können wir die Lücke zwischen dem Radio- und dem nahen Infrarotbereich schließen, die bisher ein ‚klaffendes Loch‘ im Spektrum von Sgr A* war.“ Dieser Durchbruch bestätigt, dass Fackeln im mittleren Infrarotspektrum auftreten, was nicht immer mit Radiobeobachtungen übereinstimmt.
Gleichzeitige Multiwellenlängenanalyse
Die Fähigkeiten des JWST ermöglichten es dem Team, das Schwarze Loch bei vier verschiedenen Wellenlängen gleichzeitig mit einem einzigen Instrument zu beobachten. Dadurch konnten sie den Spektralindex im mittleren Infrarot messen, ein entscheidender Schritt zum Verständnis der Flare-Dynamik.
Der Schlüssel zu dieser Analyse liegt im Verhalten der Hochgeschwindigkeitselektronen um das Schwarze Loch herum. Während sie sich entlang magnetischer Feldlinien bewegen, emittieren diese Elektronen Synchrotronstrahlung – ein Nebenprodukt der magnetischen Wiederverbindung und Energiefreisetzung. Die neuen Beobachtungen bestätigen einen Prozess namens „Synchrotronkühlung“, bei dem diese Elektronen Energie verlieren und so die beobachteten Emissionen im mittleren Infrarotbereich antreiben.
Messung der magnetischen Feldstärke
Diese Bestätigung ist von Bedeutung, da sie eine unabhängige Messung der magnetischen Feldstärke um Sgr A* ermöglicht. Frühere Messungen stützten sich auf andere Parameter wie die Elektronendichte, was sie ungenauer machte. Von Fellenberg erklärt, dass die neue Methode „ziemlich ‚sauber‘ ist, da nicht viele Annahmen in die Messung einfließen müssen“ und wertvolle Daten für theoretische Modelle liefert, die in dieser Hinsicht nur unzureichend eingeschränkt sind.
Die Tatsache, dass magnetische Feldstärken entscheidend für das Verständnis der Funktionsweise von Schwarzen Löchern sind, macht diese Entdeckung zu einem Fortschritt in der Astrophysik.
Die Bedeutung weltraumgestützter Beobachtung
Diese Beobachtungen wären ohne das JWST nicht möglich gewesen. Die Atmosphäre stört bodengestützte Beobachtungen im mittleren Infrarotbereich, und das Mittelinfrarotinstrument (MIRI) des Teleskops, das im MRS-Modus (Medium-Resolution Spectrometer) arbeitet, bietet die erforderliche Empfindlichkeit und Wellenlängenabdeckung zur Messung des Spektralindex.
Wie von Fellenberg es ausdrückt: „Um eine so hohe Empfindlichkeit im mittleren Infrarot zu erreichen, muss man in den Weltraum fliegen … Darüber hinaus ist das MIRI/MRS-Instrument das erste Instrument, das eine so breite Wellenlängenabdeckung für Sgr A* bietet, eine Voraussetzung für die Messung des Spektralindex, also ist es wirklich ein Doppelschlag!“
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Beobachtungen des JWST im mittleren Infrarotbereich von Sagittarius A* entscheidende neue Daten zur Dynamik der Flares von Schwarzen Löchern liefern und es Wissenschaftlern ermöglichen, die Magnetfeldstärke mit beispielloser Genauigkeit zu messen. Dieser Durchbruch ist ein Beweis für die Leistungsfähigkeit weltraumgestützter Teleskope und wird unser Verständnis dieser rätselhaften kosmischen Objekte verfeinern.
