Der neu entdeckte Stern S301 könnte Relativitätstests nahe dem Schwarzen Loch der Milchstraße schärfen

Eine schnelle neue Sonde für das Zentrum der Milchstraße

Astronomen haben einen neu erkannten Stern identifiziert, der außergewöhnlich nah um Sagittarius A*, das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, kreist. Der Stern mit der Bezeichnung S301 wird laut einem Bericht von Universe Today auf Grundlage einer für Nature bestimmten Studie als der bislang schnellste gefundene S-Stern und als das bekannteste Mitglied dieser Klasse in der Nähe des Schwarzen Lochs beschrieben. Die Entdeckung bietet Forschenden eine potenziell äußerst leistungsfähige neue Möglichkeit, Gravitation und Raumzeit unter extremen Bedingungen zu untersuchen.

S-Sterne sind wissenschaftlich besonders wichtig, weil ihre Bahnen einige der stärksten Belege dafür geliefert haben, dass im Zentrum unserer Galaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch sitzt. Diese Sterne rasen um ein kompaktes Objekt von rund 4 Millionen Sonnenmassen, und ihre Bahnen lassen sich präzise genug verfolgen, um zu zeigen, wie sich Gravitation in einer der intensivsten für Beobachtungen zugänglichen Umgebungen verhält. Mit S301 haben Astronomen nun einen Stern, der diese Tests noch weiter vorantreibt.

Was S301 auszeichnet, ist eine Kombination aus Geschwindigkeit und Nähe. Universe Today berichtet, dass der Stern ungefähr 25.000 Kilometer pro Sekunde erreicht und eine Umlaufbahn in nur 8,7 Jahren vollendet. Er nähert sich dem Schwarzen Loch außerdem auf etwa 12 Astronomische Einheiten, was ihn kosmisch betrachtet erschreckend nah heranbringt. Diese Distanz beträgt nur etwa das Zwölffache der Entfernung zwischen Erde und Sonne, bemerkenswert eng für ein Objekt, das ein Schwarzes Loch umkreist, das millionenfach massereicher ist als die Sonne.

Warum Nähe wichtiger ist als Spektakel

Der Wert von S301 liegt nicht nur darin, dass er schnell ist. Seine enge Bahn macht ihn besonders empfindlich für relativistische Effekte, darunter den Einfluss der Drehung des Schwarzen Lochs auf die umliegende Raumzeit. Unter gewöhnlichen Umständen lassen sich die subtileren Vorhersagen der Relativität schwer von den lauteren gravitativen Wechselwirkungen in astronomischen Systemen trennen. Doch nahe Sagittarius A* sind die Bedingungen so extrem, dass diese Effekte mit ausreichend präzisen Beobachtungen messbar werden sollten.

Deshalb betonen Forschende S301 als mehr als nur ein weiteres Mitglied der S-Stern-Familie. Universe Today zitiert den Mitautor der Studie Felix Mang mit der Beschreibung der Bahn als beispiellos eng und den Nobelpreisträger Reinhard Genzel mit den Worten, der Stern öffne ein neues Beobachtungsfenster auf die grundlegenden Eigenschaften der Raumzeit um das Schwarze Loch im galaktischen Zentrum. Praktisch bedeutet das vor allem, dass S301 Astronomen helfen könnte, den Spin von Sagittarius A* einzugrenzen, eine Eigenschaft, die deutlich schwerer zu messen ist als die Masse.

Der Spin eines Schwarzen Lochs ist wichtig, weil er einen Teil der Geschichte des Objekts kodiert. Die Rotation eines Schwarzen Lochs kann widerspiegeln, wie es entstanden ist, welche Materie es aufgenommen hat und wie es im Laufe der Zeit mit seiner Umgebung interagiert hat. Bessere Schätzungen des Spins von Sagittarius A* würden daher nicht nur Relativitätstests, sondern auch die Entwicklungsgeschichte des zentralen Antriebs der Milchstraße informieren.

Was diese Entdeckung technisch bedeutsam macht

Das galaktische Zentrum ist eines der schwierigsten Beobachtungsziele der Astronomie. Dichtes Gas, Staub und die Enge vieler naher Sterne erschweren es, Objekte zu isolieren und ihre Bahnen über lange Zeiträume zu verfolgen. S-Sterne wurden der Wissenschaft erst durch nachhaltige, hochauflösende Beobachtungskampagnen mit leistungsstarken Teleskopen und spezialisierten Instrumenten zugänglich. In diesem Fall verweist Universe Today auf Beobachtungen des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte und des Instruments GRAVITY, das Bewegungen in der unmittelbaren Umgebung von Sagittarius A* mit außergewöhnlicher Präzision auflösen kann.

Diese Präzision ist entscheidend, weil Astronomen nicht nur feststellen, wo sich ein Stern befindet, sondern wie sich seine Bahn mit der Zeit verändert. Relativistische Effekte können sich als winzige Verschiebungen in der Ausrichtung oder im Timing der Bahn zeigen, und je näher ein Stern am Schwarzen Loch vorbeizieht, desto ausgeprägter können diese Effekte werden. Eine kurze Umlaufzeit hilft ebenfalls. Da S301 Sagittarius A* in weniger als neun Jahren umrundet, können Wissenschaftler wiederholte, vergleichbare Beobachtungen in einer praktischen Forschungszeitspanne sammeln, statt Jahrzehnte auf einen vollständigen Umlauf zu warten.

Diese Kombination aus kurzer Periode, hoher Geschwindigkeit und engem Vorbeiflug macht S301 zu einer ungewöhnlich effizienten natürlichen Sonde. Anstatt sich auf eine einmalige kosmische Konstellation zu verlassen, können Astronomen denselben Stern weiter beobachten, wenn er durch verschiedene Teile seiner Bahn zurückkehrt, und ihre Modelle mit besseren Daten verfeinern.

Ein Schritt, um Gravitation dort zu testen, wo sie am schwersten zu testen ist

Die Allgemeine Relativitätstheorie hat alle wichtigen experimentellen Tests bestanden, denen sie bislang ausgesetzt war, von der Periheldrehung der Merkurbahn bis zum Nachweis von Gravitationswellen. Dennoch wollen Physiker die Theorie in den extremsten möglichen Regimen herausfordern, weil jede Abweichung auf tiefere Physik hindeuten könnte. Der unmittelbar um ein supermassereiches Schwarzes Loch gelegene Bereich ist eines dieser Regime.

S301 wird nicht allein jede offene Frage klären. Das Ausgangsmaterial legt nicht nahe, dass die relativistischen Signaturen bereits vollständig gemessen wurden oder dass der Spin des Schwarzen Lochs allein aus diesem Stern bestimmt worden ist. Die Entdeckung bietet aber ein neues und ungewöhnlich vielversprechendes Ziel für diese Arbeit. Seine Bahn scheint ihn genau in eine Umgebung zu bringen, in der winzige Vorhersagen über gekrümmte Raumzeit beobachtbar werden können.

Dahinter steht auch ein breiteres wissenschaftliches Muster. Die Astronomie schreitet oft durch Instrumente, Geduld und bessere Sonden voran, nicht durch einen einzigen konzeptionellen Durchbruch. S301 ist deshalb wichtig, weil er die Sonde verbessert. Er liefert Forschenden einen weiteren präzisen Verfolger des Gravitationsfeldes um Sagittarius A* und womöglich den bislang besten für die Untersuchung von Rotationseffekten nahe der Umgebung des Ereignishorizonts.

Wenn Folgebeobachtungen dieses Versprechen bestätigen, könnte S301 zu einem der wertvollsten Sterne der modernen galaktischen Astronomie werden. Nicht weil er verändert, was Sagittarius A* ist, sondern weil er es Wissenschaftlern ermöglichen könnte, präzisere Fragen dazu zu stellen, wie das Schwarze Loch die Raumzeit um sich herum formt. In diesem Sinne erinnert die Entdeckung daran, dass selbst in einer seit Jahrzehnten erforschten Galaxie die aufschlussreichsten Objekte noch immer aus näherem und sorgfältigerem Hinschauen hervorgehen können.

Dieser Artikel basiert auf einem Bericht von Universe Today. Den Originalartikel lesen.