Kein Schwarzes Loch, sondern Dunkle Materie im Zentrum der Milchstraße?
La Plata (Argentinien) – Eine aktuelle Studie stellt eine der zentralen Annahmen der modernen Astrophysik infrage: Im Herzen der Milchstraße könnte sich womöglich gar kein supermassereiches Schwarzes Loch befinden. Stattdessen könnte eine extrem dichte Ansammlung Dunkler Materie die beobachteten Effekte erklären, die bislang dem Schwarzen Loch Sagittarius A* (Sgr A*) im Herzen der Milchstraße zugeschrieben werden.
Copyright/Quelle: Valentina Crespi et al. / CC BY 4.0
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Wie das internationale Forschungsteam um Valentina Crespi Instituto de Astrofisica de la Plata aktuell im Fachjournal „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ (DOI: 10.1093/mnras/staf1854) berichten, könnte eine spezielle Form Dunkler Materie – bestehend aus sogenannten fermionischen Teilchen – sowohl die extrem schnellen Sternbewegungen nahe dem galaktischen Zentrum als auch die großräumige Rotation der Milchstraße konsistent erklären kann. Auf diese Weise würde ein einzelnes physikalisches Modell zwei bislang getrennt betrachtete Phänomene vereinen.
Ein alternatives Modell für das galaktische Zentrum
Im Zentrum der Debatte stehen die sogenannten S-Sterne: eine Gruppe von Sternen, die Sagittarius A* in extrem engen Bahnen mit Geschwindigkeiten von mehreren tausend Kilometern pro Sekunde umkreisen. Bisher galt dies als eines der stärksten Argumente für ein supermassereiches Schwarzes Loch mit rund vier Millionen Sonnenmassen.
Die Astronomen und Astronominnen schlagen nun eine andere Erklärung vor: Demnach könnte eine kompakte, extrem dichte Kernstruktur aus fermionischer Dunkler Materie eine vergleichbare Gravitationswirkung entfalten wie ein Schwarzes Loch. Dieser Kern wäre eingebettet in einen ausgedehnten Halo derselben Dunklen Materie, der sich bis in die äußeren Bereiche der Milchstraße erstreckt. Zusammen würden Kern und Halo eine zusammenhängende, physikalische Einheit bilden.
Der innere Bereich dieses Modells wäre so dicht, dass er nicht nur die Bahnen der S-Sterne erklärt, sondern auch die Umläufe weiterer Objekte in Zentrumsnähe, darunter die sogenannten G-Quellen – staubverhüllte, rätselhafte Objekte, deren Natur bislang nicht abschließend geklärt ist. Entscheidend ist: Für diese Erklärung wäre kein Ereignishorizont nötig, wie er für Schwarze Löcher typisch ist.
Gaia-Daten stützen den Dunkle-Materie-Ansatz
Besondere Bedeutung messen die Autoren den jüngsten Daten der ESA-Mission „Gaia DR3“ bei. Diese liefern eine bislang unerreicht präzise Vermessung der Rotationskurve der Milchstraße, insbesondere im äußeren Halo. Dabei zeigt sich ein sogenannter Keplerscher Abfall: Die Rotationsgeschwindigkeit der Sterne nimmt in großen Entfernungen vom Zentrum messbar ab.
Genau dieses Verhalten, so die Studie, lasse sich mit dem vorgeschlagenen fermionischen Dunkle-Materie-Modell gut reproduzieren – in Kombination mit den bekannten Masseanteilen von galaktischer Scheibe und Bulge aus gewöhnlicher Materie. Klassische Modelle mit kalter Dunkler Materie sagen hingegen deutlich ausgedehntere Halo-Strukturen voraus, die weniger gut mit den Gaia-Beobachtungen harmonieren.
Nach Ansicht der Forscher spricht dies für eine kompaktere Halostruktur, wie sie das fermionische Modell nahelegt. Erstmals gelinge es damit, Daten aus völlig unterschiedlichen Skalenbereichen – vom galaktischen Zentrum bis an den Rand der Milchstraße – innerhalb eines konsistenten Rahmens zu vereinen.
Schwarzer-Loch-Schatten ohne Schwarzes Loch?
Besonders brisant ist ein weiterer Aspekt: Das Modell scheint auch mit den berühmten Beobachtungen des „Event Horizon Telescope“ vereinbar zu sein. Dieses hatte 2022 ein schattenartiges Objekt im Zentrum der Milchstraße abgebildet, das weithin als direkter Nachweis des Schwarzen Lochs Sgr A* interpretiert wurde.
Bereits frühere Arbeiten aus dem Umfeld der aktuellen Studie zeigten jedoch, dass auch ein extrem dichter Kern aus Dunkler Materie einen sehr ähnlichen „Schatten“ erzeugen kann. Ursache wäre eine starke Lichtablenkung in der Umgebung des Kerns, die eine dunkle Zentralregion mit hellem Ring entstehen lässt – optisch kaum von einem Schwarzen Loch zu unterscheiden.
Die Autorinnen und Autoren betonen, dass aktuelle Beobachtungsdaten statistisch noch nicht ausreichen, um eindeutig zwischen beiden Szenarien zu unterscheiden. Allerdings biete das Dunkle-Materie-Modell einen konzeptionellen Vorteil: Es erklärt zentrale Sternbahnen, galaktische Rotationskurven und die beobachtete Schattenstruktur innerhalb eines einzigen physikalischen Ansatzes.
Entscheidung durch künftige Beobachtungen?
Ob sich diese alternative Sicht durchsetzt, sollen zukünftige Messungen klären. Insbesondere hochpräzise Bahnbeobachtungen mit dem GRAVITY-Instrument am „Very Large Telescope“ (VLT) sowie die Suche nach sogenannten Photonringen gelten als entscheidend. Letztere gelten als charakteristisches Merkmal echter Schwarzer Löcher und würden im Dunkle-Materie-Szenario fehlen.
Sollte sich das neue Modell bestätigen, hätte dies weitreichende Konsequenzen: Nicht nur die Natur von Sagittarius A*, sondern das grundlegende Verständnis galaktischer Zentren und der Rolle Dunkler Materie müsste neu bewertet werden. Die „kosmische Bestie“ im Herzen der Milchstraße wäre dann womöglich keine Singularität – sondern ein bislang unterschätzter Ausdruck derselben Dunklen Materie, die das Universum insgesamt dominiert.
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Quelle: Royal Astronomical Society
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