Ein kürzlich im Zentrum der Milchstraße entdeckter Stern bewegt sich mit atemberaubender Geschwindigkeit und könnte Informationen über die Rotation des Schwarzen Lochs unserer Galaxie liefern.
Der Stern mit der Bezeichnung S301 umkreist Sagittarius A*, das im Zentrum der Milchstraße gelegene Schwarze Loch. Er vollendet eine Umlaufbahn in nur 8,7 Jahren. Seine Bahn ist stark gestreckt: Daher verändert sich seine Entfernung zum Schwarzen Loch während seines Umlaufs erheblich.
Bildsequenz, die mit GRAVITY aufgenommen wurde und den Stern S301 auf seiner Umlaufbahn um Sagittarius A* zeigt. Die elliptische Bahn von S301 ist auf jeder Aufnahme eingezeichnet.
Quelle: ESO/GRAVITY collaboration
Bei seiner größten Annäherung beschleunigt S301 auf etwa 25.000 km/s – mehr als 8 % der Lichtgeschwindigkeit. Dabei kommt er dem Schwarzen Loch bis auf etwa das 11,5-Fache der Entfernung zwischen Erde und Sonne nahe. Trotz dieser Nähe bleibt der Stern weit genug entfernt, um nicht zerstört zu werden.
Um die Bedeutung dieser Entdeckung zu verstehen, muss man sich auf Sagittarius A* konzentrieren. Dieses Schwarze Loch besitzt eine Masse von etwa 4,3 Millionen Sonnenmassen. Seine Gravitation ist so stark, dass Astronomen bestimmte Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie testen können, indem sie die Sterne, die es umkreisen, präzise verfolgen.
Ein anderer Stern, S2, wird bereits für solche Messungen genutzt. Seine Umlaufbahn dauert etwa 16 Jahre, und die Beobachtungen haben den Nachweis mehrerer von Einsteins Theorie vorhergesagter Effekte ermöglicht. S301 kommt dem Schwarzen Loch jedoch deutlich näher. Daher sollte seine Bewegung stärker durch dessen Rotation beeinflusst werden.
Konkret verändert ein rotierendes Schwarzes Loch die Art und Weise, wie sich Raum und Zeit in seiner Umgebung verhalten. Diese Veränderung sollte die Umlaufbahn von S301 allmählich verschieben. Die Veränderung bleibt zwar gering, doch heutige Instrumente können die Position des Sterns mit hoher Präzision messen.
Illustration des Lense-Thirring-Effekts: Die Rotation eines Schwarzen Lochs zieht die Raumzeit in seiner Umgebung mit und kann die Umlaufbahn eines nahe gelegenen Sterns verändern.
Quelle: ESO/M. Kornmesser
Die Forschenden entdeckten S301 mithilfe von GRAVITY, einem Instrument, das das Licht mehrerer Teleskope des Very Large Telescope in Chile kombiniert. Der Stern war 2023 entdeckt worden, anschließend fand das Team seine Spur in Beobachtungen aus dem Jahr 2017 wieder. Diese Daten ermöglichten es, seine Umlaufbahn zu rekonstruieren.
Seine stark gestreckte Bahn liefert auch einen Hinweis auf seine Vergangenheit. S301 könnte einst zu einem System aus zwei Sternen gehört haben. Bei einem Vorbeiflug an Sagittarius A* könnte dieses Paar durch die Gravitation des Schwarzen Lochs getrennt worden sein: Ein Stern wäre eingefangen, der andere hinausgeschleudert worden.
Die Astronomen schätzen, dass eine direkte Messung der Rotation von Sagittarius A* im Laufe des kommenden Jahrzehnts möglich werden könnte. S301 wird sich dem Schwarzen Loch um 2031 wieder am stärksten annähern. Neue Beobachtungen, insbesondere mit GRAVITY+ und künftigen Instrumenten, müssen die winzigen Veränderungen seiner Bahn verfolgen.