Milchstraße: 90 Millionen Stundenkilometer – kein Stern ist schneller als S301

Das Max-Planck-Institut für Astronomie im bayerischen Garching hat die Entdeckung des schnellsten Sterns unserer Galaxie bekannt gegeben. S301, der das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße umkreise, sei mit dem Very Large Telescope Interferometer, bestehend aus vier acht Meter großen Teleskopen, der Europäischen Südsternwarte nachgewiesen worden, berichtete das Max-Planck-Institut am Donnerstag in einer im Fachblatt „Nature“ veröffentlichten Studie.

Auf seiner Bahn um das vier Millionen Sonnenmassen schwere Schwarze Loch erreiche der Stern bei seiner engsten Annäherung eine Geschwindigkeit von etwa 25.000 Kilometern pro Sekunde. Das sind 90 Millionen Stundenkilometer pro Stunde, also in etwa die 100.000-fache Geschwindigkeit eines Verkehrsflugzeugs und mehr als acht Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Für die Umkreisung des Schwarzen Lochs benötigt S301 nur 8,7 Jahre, wie Studien-Autor Felix Mang ausführte.

Für die Autoren besonders interessant ist, dass S301 dem Schwarzen Loch in der Milchstraße näher kommt als jedes andere zuvor beobachtete Objekt. Durch ihn werde damit erstmals die Rotation des Schwarzen Lochs direkt messbar.

„Jahrzehnte sorgfältiger Nachbeobachtungen von Sternen, die das zentrale Schwarze Loch unserer Galaxie, Sagittarius A*, umkreisen, haben zu dieser bahnbrechenden Entdeckung eines äußerst vielversprechenden Sterns geführt“, erklärte der Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) und Physik-Nobelpreisträger Reinhard Genzel. Da S301 so nahe komme, eröffne der Stern „ein neues Fenster zu den fundamentalen Eigenschaften der Raumzeit in dieser extremen Umgebung eines Schwarzen Lochs“.

In der Astronomie wird angenommen, dass das Schwarze Loch Sagittarius A* sich wie die meisten Objekte im Universum um die eigene Achse dreht. Die Forscher verweisen auf die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein, wonach ein rotierendes Schwarzes Loch die Raumzeit mit sich ziehe und deformiere, was sich auf die Umlaufbahnen naher Sterne auswirke. Dieser Effekt ist umso stärker, je näher ein Objekt einem schnell rotierenden Schwarzen Loch kommt. Insofern kann der Weg von S301 Aufschluss über Sagittarius A* geben.

„Wir hoffen, mit diesem Stern innerhalb der nächsten zehn Jahre den Spin des Schwarzen Lochs messen zu können“, erklärte Mang. „Damit wären wir erstmals in der Lage, die Rotation eines massereichen Schwarzen Lochs sehr direkt zu bestimmen - ein zentraler Test für Einsteins Theorie“, ergänzte der Mit-Autor und MPE-Forscher Stefan Gillessen.

Der erste Blick auf S301 gelang den Astronomen bereits Anfang 2023. Seitdem wird die Bahn des Sterns kontinuierlich beobachtet. Zudem konnten die Forscher seinen Weg bis zurück ins Jahr 2017 rekonstruieren. Die letzte engste Annäherung von S301 an das Schwarze Loche erfolgte demnach Anfang 2023, die nächste engste Annäherung steht den Studienautoren zufolge 2031 an.

Die Beobachtung von mindestens zwei vollständigen Umlaufbahnen ermöglicht es, die Bahn von S301 mit so großer Genauigkeit einzugrenzen, dass erstmals der Spin von Sagittarius A* direkt bestimmt werden könnte. „Das wäre die Erfüllung eines Traums“, erklärte Mang.

Vom Ursprung von S301 haben Mang und seine Kollegen bereits eine Vorstellung. Die Bahneigenschaften des Sterns sowie die Tatsache, dass Sterne nicht so nahe an einem massereichen Schwarzen Loch entstehen können, deuteten darauf hin, dass S301 ursprünglich Teil eines Doppelsternsystems gewesen sei, das durch die Gezeitenkräfte von Sagittarius A* zerrissen worden sei.

Bei diesem Vorgang sei S301 durch die Gravitation des Schwarzen Lochs eingefangen worden, während sein Begleitstern mit hoher Geschwindigkeit herausgeschleudert wurde - vermutlich schnell genug, um die Galaxie komplett zu verlassen.