Zwölftel LichtgeschwindigkeitForscher finden schnellsten Stern der Milchstraße
Mit einer Geschwindigkeit von 25.000 Kilometern pro Sekunde zieht der Stern S301 im Zentrum der Milchstraße seine Bahnen. Es ist damit der schnellste bisher entdeckte Stern unserer Galaxie. Möglich macht es ein gigantisches Objekt, um das er kreist.
Der Stern S301 stellt einen neuen Rekord auf: Mit 25.000 Kilometern pro Sekunde – das entspricht immerhin acht Prozent der Lichtgeschwindigkeit – ist er der schnellste bekannte Stern in der Milchstraße. Das zeigen Beobachtungen eines internationalen Forschungsteams mit dem Very Large Telescope Interferometer VLBI der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile.
Auf seiner stark elliptischen Umlaufbahn kommt S301 dem supermassereichen Schwarzen Loch im galaktischen Zentrum näher als jeder andere Stern. Wie nahezu jede Galaxie beherbergt auch die Milchstraße in ihrem Zentrum ein Schwarzes Loch. Bereits seit Anfang der 1990er Jahre beobachten Astronomen Sterne, die dieses Schwarze Loch umkreisen. Inzwischen sind etwa 40 solcher S-Sterne bekannt.
Die große Masse dieses als Sagittarius A* bezeichnete Schwarze Lochs zieht diese Sterne extrem stark an und ermöglicht dadurch die hohen Geschwindigkeiten. Aus der genauen Vermessung ihrer Umlaufbahnen konnten die Himmelsforscher die Masse des Schwarzen Lochs auf etwa 4,3 Millionen Sonnenmassen bestimmen. Schon in wenigen Jahren könnte es auch gelingen, anhand der Bahn von S301 erstmalig die Rotation eines Schwarzen Lochs direkt zu messen, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.
„Sehr enge Umlaufbahn“
Im Frühjahr 2023 stieß ein Team um Stefan Gillessen vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) auf ein weiteres schwaches Lichtpünktchen nahe Sagittarius A*. Weitere Beobachtungen bestätigten rasch die Vermutung, dass auch das als S301 katalogisierte Objekt ein Stern auf einer Umlaufbahn um das Schwarze Loch ist. Inzwischen liegen 19 präzise Positionsmessungen vor, die eine genaue Berechnung der Umlaufbahn von S301 ermöglichen.
„Das Besondere an diesem Stern ist seine sehr enge Umlaufbahn um Sagittarius A*: Er benötigt lediglich 8,7 Jahre für einen Umlauf und nähert sich dem Schwarzen Loch bis auf das Zwölffache der Distanz zwischen Erde und Sonne“, erläutert Co-Autor Felix Mang vom MPE. „Da er Sagittarius A* so nahe kommt, eröffnet S301 ein neues Fenster zu den fundamentalen Eigenschaften der Raumzeit in dieser extremen Umgebung eines Schwarzen Lochs“, ergänzt MPE-Direktor Reinhard Genzel. Genzel, der 2020 den Nobelpreis für Physik erhielt, ist Gründungsmitglied des Teams, das die neuen Beobachtungen durchgeführt hat.
Wie Sterne und Planeten drehen sich auch Schwarze Löcher um ihre eigene Achse. Sowohl der Nachweis als auch die Messung dieser Rotation – von den Astronomen als Spin bezeichnet – ist jedoch schwierig. Daher gibt es bislang nur indirekte Hinweise auf die Drehung Schwarzer Löcher. Der Stern S301 könnte jedoch erstmals eine direkte Messung eines solchen Spins ermöglichen.
2031 bietet sich neue Chance
Denn wenn die gewaltige Masse eines großen Schwarzen Lochs rotiert, zieht sie den Raum um sich herum wie eine zähe Flüssigkeit mit. Objekte, die sich in unmittelbarer Nähe zum Schwarzen Loch befinden, werden dabei mitgerissen. So auch S301, wenn er sich auf seinem Orbit dem Schwarzen Loch extrem nähert: Seine Umlaufbahn wird nicht länger allein durch die Masse bestimmt, sondern verdreht sich abhängig davon, wie schnell das Schwarze Loch rotiert. Daraus, wie stark das Schwarze Loch die Umlaufbahn von S301 mitzieht, können Forscher dann berechnen, wie schnell sich Sagittarius A* dreht.
Wie das Team um Mang und Genzel betont, ist das Very Large Telescope Interferometer weltweit das einzige Instrument, mit dem derart genaue Beobachtungen möglich sind. Das VLTI kombiniert das von vier jeweils acht Meter großen Spiegelteleskopen empfangene Licht und erreicht so die Auflösung eines Fernrohrs mit einem 200 Meter großen Spiegel. Zur nächsten Annäherung von S301 an das Schwarze Loch kommt es 2031. Vielleicht gelinge es schon dann, die Rotation von Sagittarius A* zu messen, so Mang: „Das wäre die Erfüllung eines Traums.“
