Schnell bewegter Stern könnte die Rotation des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße auf die Probe stellen

Sagittarius A* (Sgr A*), das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, weist eine Rotation auf, deren Genauigkeit bislang noch nicht bestimmt wurde. Die Rotation eines Schwarzen Lochs wird durch seinen Drehimpuls beschrieben und kann von praktisch null bis zur maximalen Grenze reichen, die durch die Lösungen der Allgemeinen Relativitätstheorie zugelassen ist.

Die Sterne, die Sgr A* umkreisen, dienen als natürliche Sonden der Raumzeit. Je näher ein Stern dem Schwarzen Loch kommt, desto stärker werden die mit seiner Rotation verbundenen relativistischen Effekte, darunter auch das „Frame Dragging“, bei dem die Raumzeit selbst durch den Drehimpuls des Objekts mitgerissen wird.

Die Entdeckung von S301 ist von großer Bedeutung, da es sich um den schnellsten Stern handelt, der jemals in der Milchstraße beobachtet wurde und während seiner Umlaufbahn Geschwindigkeiten von etwa 25.000 km/s erreicht. Der Stern nähert sich Sgr A* stärker als jeder andere beobachtete Stern und dringt dabei in einen Bereich vor, in dem die Rotation des Schwarzen Lochs seine Bewegung spürbar beeinflussen könnte.

Sgr A*

Sgr A* ist das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, etwa 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Seine Masse wird auf etwa das 4-Millionenfache der Sonnenmasse geschätzt. Sein Ereignishorizont hat einen Durchmesser von etwa 24 Millionen Kilometern und ist damit kleiner als die Umlaufbahn des Merkur.

Im Vergleich zu aktiveren supermassiven Schwarzen Löchern verschlingt dieses Schwarze Loch relativ wenig Materie. Es ist von einem dichten Bereich aus Sternen, Gas und Staub umgeben, der starken Gravitationsfeldern ausgesetzt ist. Die Dynamik dieser Objekte ermöglicht es Astronomen, die Eigenschaften von Schwarzen Löchern besser zu untersuchen.

Die Rotation von Sgr A*

Der Spin eines Schwarzen Lochs ist sein Drehimpuls, der mit der Rotation des Objekts selbst zusammenhängt. In der Allgemeinen Relativitätstheorie wird er durch einen Parameter beschrieben, der von 0 für ein nicht rotierendes Schwarzes Loch bis zu etwa 1 für die maximal zulässige Rotation reicht. Der Spin verändert die Geometrie der Raumzeit um das Schwarze Loch herum.

Wir kennen die Rotation von Sagittarius A* nach wie vor nicht, da wir den Ereignishorizont nicht direkt beobachten und die Rotation des Schwarzen Lochs nicht verfolgen können. Schätzungen stützen sich auf indirekte Effekte wie Emissionen aus dem umgebenden Gas, die Struktur des Akkretionsstroms und die Bewegung von Objekten in seiner Umgebung.

Stern S301

Die Entdeckung des Sterns S301 stellt daher einen wichtigen Fortschritt dar. S301 ist der schnellste Stern, der jemals in der Milchstraße beobachtet wurde; bei seinem nahen Vorbeiflug an Sagittarius A* erreicht er eine Geschwindigkeit von etwa 25.000 km/s. Er bewegt sich auf einer kompakten Umlaufbahn und vollführt eine Umrundung in nur 8,7 Jahren.

Er nähert sich dem Schwarzen Loch bis auf etwa das 12-Fache der Entfernung zwischen Erde und Sonne. Damit befindet er sich in einem Bereich, in dem relativistische Effekte gemessen werden können. Da S301 näher an Sgr A* vorbeifliegt als jeder andere bekannte Stern, könnten bereits geringfügige Veränderungen seiner Umlaufbahn Aufschluss über den Drehimpuls des Schwarzen Lochs geben.

Das Geheimnis seines Drehimpulses

Die Umlaufbahn von S301 könnte eine der besten Gelegenheiten bieten, den Spin von Sgr A* direkt zu bestimmen. Dazu müssen Astronomen seine Flugbahn präzise verfolgen, um subtile Veränderungen der Umlaufbahn zu erkennen, die durch den Rahmenzerr-Effekt verursacht werden – ein Effekt, der auf die Rotation des Schwarzen Lochs zurückzuführen ist.

Folgebeobachtungen mit GRAVITY+ und künftig mit dem Extremely Large Telescope (ELT) werden für die Rekonstruktion der Umlaufbahn von S301 von entscheidender Bedeutung sein. Der Stern wird sich im Jahr 2031 erneut Sgr A* nähern, und das Ziel ist es, mindestens zwei vollständige Umlaufbahnen zu verfolgen.