Dieser Stern bewegt sich schneller um das Schwarze Loch der Milchstraße als alle anderen

Der Stern S301 umkreist Sagittarius A*, das rund vier Millionen Sonnenmassen schwere Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie, auf einer außergewöhnlich engen Bahn. Für einen Umlauf benötigt der Stern lediglich 8,7 Jahre. Bei seiner größten Annäherung kommt S301 bis auf 1,78 Milliarden Kilometer an Sagittarius A* heran – etwa zwölfmal die Entfernung zwischen Erde und Sonne.

Dabei beschleunigt der Stern auf rund 25.000 Kilometer pro Sekunde, mehr als acht Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Damit ist S301 der schnellste bisher bekannte Stern der Milchstraße. „Das ist ohne Beispiel“, sagt Felix Mang vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE), Erstautor der in Nature veröffentlichten Studie.

Einblick in die verdrehte Raumzeit

Die extreme Bahn macht S301 wissenschaftlich besonders wertvoll. Nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie zieht ein rotierendes Schwarzes Loch die Raumzeit mit sich und verdrillt sie. Dieser sogenannte Frame-Dragging-Effekt beeinflusst die Bewegung naher Objekte – und wird umso stärker, je näher sie dem Schwarzen Loch kommen.

„Wir hoffen, mit diesem Stern innerhalb der nächsten zehn Jahre den Spin des Schwarzen Lochs messen zu können“, sagt Mang. Die Wissenschaftler bezeichnen das als „einen zentralen Test für Einsteins Theorie“.

Entdeckt wurde S301 mit dem Very Large Telescope Interferometer (VLTI) der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile und dem Instrument GRAVITY+, das das Licht von vier 8-Meter-Teleskopen kombiniert. Dadurch entsteht ein virtuelles Teleskop mit 15-fach höherer räumlicher Auflösung als ein einzelnes 8-Meter-Teleskop.

„Paranal ist weltweit der einzige Ort, an dem Beobachtungen dieser Art möglich sind, da kein anderes Observatorium über vier 8-Meter-Teleskope verfügt, die zusammen als Interferometer geschaltet werden können“, erklärt GRAVITY+-Leiter Frank Eisenhauer.

Messung in den kommenden Jahren

Erste Beobachtungen von S301 gelangen 2023. Mithilfe älterer Daten konnte seine Bahn bis 2017 zurückverfolgt werden. Die Autoren denken, dass der Stern ursprünglich Teil eines Doppelsternsystems war, das durch die enormen Gezeitenkräfte von Sagittarius A* auseinandergerissen wurde.

S301 wurde dabei eingefangen, während sein Begleiter vermutlich mit hoher Geschwindigkeit aus dem galaktischen Zentrum geschleudert wurde. Die nächste engste Annäherung von S301 steht im Jahr 2031 bevor. Mit GRAVITY+ und künftig dem Instrument MICADO am Extremely Large Telescope soll seine Bahn über mindestens zwei Umläufe vermessen werden.

„Ohne diesen Stern müssten wir die Bewegung anderer Sterne noch mehrere Jahrzehnte lang verfolgen, um der Messung des Spins auch nur nahezukommen“, erklärt Juan Osorno vom Observatoire de Paris-PSL. Mang fasst die wissenschaftliche Bedeutung knapp zusammen: „Das wäre die Erfüllung eines Traums.“