Stern auf Rekord-Orbit um Schwarzes Loch im Milchstraßenzentrum
Mit einer Umlaufzeit von elfeinhalb Jahren kann der Stern bei der Überprüfung der Allgemeinen Relativitätstheorie helfen.
Im Zentrum der Milchstraße befindet sich ein Schwarzes Loch mit der viermillionfachen Masse unserer Sonne. Sterne auf engen Umlaufbahnen um dieses supermassereiche Schwarze Loch können den Astronomen als Testmassen dienen, um den von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagten Einfluss eines starken Gravitationsfelds auf die Raum-Zeit-Metrik zu untersuchen. Amerikanische Astronomen melden jetzt die Entdeckung eines Sterns mit einer Umlaufzeit von 11,5 Jahren – der bisherige Rekord lag bei 16.
Abb.: Überlagerung eines Radio- und eines Infrarotbilds der Sternbahnen um das galaktische Zentrum. Der neu entdeckte Stern S0-102 braucht 11,5 Jahre für einen Umlauf um das supermassereiche Schwarze Loch. (Quelle: Ghez et al. / Keck Obs.)
Seit 17 Jahren untersuchen Andrea Ghez von der University of California in Los Angeles und ihre Kollegen mit den beiden Großteleskopen des Keck Observatoriums die Bahnen von Sternen in der Umgebung des 25.000 Lichtjahre entfernten galaktischen Zentrums. Die adaptive Optik der Keck-Teleskope macht es möglich, die Sternbahnen über diese Entfernung hinweg mit ausreichender Genauigkeit zu verfolgen. Bei diesem Verfahren erzeugen die Astronomen mithilfe von Laserstrahlen einen künstlichen Stern am Himmel. Die Messung dieses Sterns zeigt den Forschern, wie die wabernde Lufthülle der Erde die Abbildung der realen Sterne verzerrt. Winzige Motoren deformieren dann einen Korrekturspiegel gerade so, dass diese Verzerrungen ausgeglichen werden. So erhalten die Wissenschaftler eine Abbildung, die fast das theoretische Limit des Auflösungsvermögens eines Teleskops erreicht.
Gleich am Anfang ihres Projekts stießen Ghez und Kollegen auf den Stern S0-2 mit einer Umlaufzeit von 16 Jahren. Die genaue Analyse der Bahn von S-02 lieferte den endgültigen Beweis dafür, dass es sich bei dem extrem massereichen Objekt im Mittelpunkt der Milchstraße um ein Schwarzes Loch handeln muss – und erlaubte die bis dahin genaueste Bestimmung der Masse dieses Monstrums. Doch S-02 blieb für lange Zeit der einzige Stern mit einer Umlaufzeit unterhalb von 20 Jahren.
Mit S0-102 hat das Team nun einen zweiten Stern mit kurzer Umlaufzeit gefunden. „Es ist der gemeinsame Tanz von S0-102 und S0-2, der uns erstmals die wahre Geometrie der Raumzeit in der Nähe eines Schwarzen Lochs enthüllt“, so Ghez, „solche Messungen sind mit einem Stern allein nicht möglich.“ Die Forscher suchen nun unter anderem nach Abweichungen der Sternbahnen von der exakten Ellipsenform. Bislang habe die Relativitätstheorie zwar alle Überprüfungen mit Bravour bestanden, aber ein Test im starken Gravitationsfeld eines Supermassiven Schwarzen Lochs sei bislang nicht möglich gewesen.
Rainer Kayser
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