Stern unterliegt Lense-Thirring-Effekt von Sagittarius A*
S301 ist dem zentralen Schwarzen Loch der Milchstraße näher als jedes andere bekannte Objekt.
Ein Team der Infrarot- und Submillimeter-Gruppe am MPI für extraterrestrische Physik hat einen neuen Stern entdeckt. S301 kommt dem supermassereiche Schwarzen Loch Sagittarius A* (Sgr A*) im Zentrum unserer Milchstraße näher, als jeder andere bekannte Stern. Der neu identifizierte Himmelskörper umkreist das Schwarze Loch auf einer stark elliptischen Bahn. Er nähert sich Sagittarius A* alle 8,7 Jahre bis auf zwölf Astronomische Einheiten an – etwa die Entfernung zwischen Sonne und Saturn. Niemals zuvor wurde ein Stern mit kürzerer Umlaufzeit und engerer Bahn um das schwarze Loch im galaktischen Zentrum beobachtet.
Noch bedeutender: S301 bewegt sich durch einen Bereich, in dem die mutmaßliche Rotation des Schwarzen Lochs die Raumzeit selbst mit sich zieht. Dieser Effekt tritt nur in unmittelbarer Nähe eines massereichen, sich drehenden Objekts auf. „S301 untersucht die Raumzeit im galaktischen Zentrum zehnmal näher an Sagittarius A* als unser bisher bester Stern, S2“, sagt Reinhard Genzel, Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und Nobelpreisträger für Physik 2020. „Innerhalb des nächsten Jahrzehnts messen wir die Rotation dieses Schwarzen Lochs direkt – ein Meilenstein für die Allgemeine Relativitätstheorie.“
S301 leuchtet zwei Milliarden Mal schwächer als Beteigeuze, einer der hellsten Sterne im Sternbild Orion. Sein Licht ist so schwach, dass er selbst in den besten Aufnahmen des galaktischen Zentrums nur als winziger Punkt erscheint, verloren zwischen zahlreichen deutlich helleren Sternen.
Erstmals identifiziert wurde S301 im Frühjahr 2023 mit dem GRAVITY-Instrument am Very Large Telescope Interferometer der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile. Entwickelt in internationaler Kooperation unter der Leitung des MPE, kombiniert GRAVITY das Licht von vier 8-Meter-Teleskopen und erreicht eine Winkelauflösung, die vierzigmal schärfer ist als die eines einzelnen Teleskops. Die kürzlich abgeschlossene Erweiterung zu GRAVITY+ mit neuem adaptivem Optiksystem und Laserleitsternen erhöhte die Empfindlichkeit um den Faktor zehn bis hundert. Diese beispiellose Genauigkeit und Sensitivität ermöglichten die Entdeckung des neuen, kaum sichtbaren Sterns S301.
Die Entdeckung von S301 ist das Ergebnis von vier Jahrzehnten systematischer Beobachtungen durch das MPE-Team. In dieser Zeit hat das Team die Region um Sagittarius A* mit stetig wachsender Präzision kartiert, um die Bewegungen der Sterne zu vermessen und die Masse im Zentrum unserer Galaxis zu bestimmen. Die Bahn von S301 weicht deutlich von einer Ellipse ab, wie sie die klassische Gravitationstheorie nach Newton etwa vorhersagt. Das ist ein klares Anzeichen für relativistische Effekte, die nur in der Nähe eines massereichen, rotierenden Schwarzen Lochs auftreten. Zwei Phänomene spielen dabei eine Rolle: die Schwarzschild-Präzession und der Lense-Thirring-Effekt (Frame-Dragging-Effekt).
„S301 ist der erste Stern, der direkt in dem Bereich um Sagittarius A* kreist, in dem der Lense-Thirring-Effekt der Raumzeit extrem ist“, erläutert Felix Mang, Doktorand am MPE und korrespondierender Autor der in Nature veröffentlichten Studie. „Wir messen nicht nur die Krümmung der Raumzeit; wir messen, wie sie durch die Rotation des Schwarzen Lochs selbst verzerrt wird. Das ist einzigartig.“
Junge Sterne flitzen rasant um schwarzes Loch
Schwarzes Loch mit Leuchteffekt
Junge Sterne im Zentrum der Milchstraße
Sternentstehung im galaktischen Zentrum
Gaswolke im Schleudergang
Verwirbelte Raumzeit
Höchste Auflösung
Die Verfolgung eines solchen Sterns stellt eine technische Meisterleistung dar. Um die Bahn von S301 zu vermessen, analysierten die Forschenden jahrelange Beobachtungsdaten, aufgenommen mit einer Auflösung von nur wenigen Millibogensekunden – vergleichbar mit der Größe eines Autos auf dem Mond. Die Position des Sterns wurde im Rahmen zahlreicher Beobachtungen über viele Jahre hinweg verfolgt.
Ein entscheidender Vorteil von S301 gegenüber der Beobachtung des diffusen heißen Gases um Schwarze Löcher, wie beispielsweise das vom Event Horizon Telescope in M87 abgebildete schwarze Loch, besteht darin, dass die Bewegung direkt beobachtet wird. Kombiniert man die Positionsmessungen von GRAVITY+ mit Radialgeschwindigkeitsdaten des im Bau befindlichen MICADO Instruments am Extremely Large Telescope der Europäischen Südsternwarte, kann das Team die dreidimensionale Bewegung des Sterns präzise rekonstruieren und erstmals den Spin von Sagittarius A* direkt bestimmen.
„Wir sind schneller, präziser und direkter“, sagt Genzel. „Mit S301 messen wir die rotierende Raumzeit selbst – nicht indirekt über ein Bild, sondern direkt über die Bewegung eines einzelnen Sterns.“
Die Beobachtung von S301 ist Teil einer langfristigen Vision: die Kerr-Metrik zu prüfen, die mathematische Beschreibung der Raumzeit um ein rotierendes Schwarzes Loch. Stefan Gillessen, Wissenschaftler am MPE und korrespondierender Autor, erklärt: „Langfristig könnte die Analyse der Bahn von S301 sogar Hinweise auf das No-Hair-Theorem liefern – die Aussage, dass ein Schwarzes Loch vollständig durch nur drei Eigenschaften beschrieben wird: Masse, Drehimpuls und elektrische Ladung.“
Frank Eisenhauer, Direktor am MPE und leitender Wissenschaftler der GRAVITY-Projekte, schwärmt und blickt optimistisch in die Zukunft: „Die Schönheit der Natur in Form dieses Sterns zu entdecken, ist ein wahr gewordener Traum. Mit GRAVITY+ und dem kommenden MICADO-Instrument, das wir derzeit in einer internationalen Kooperation unter Leitung des MPE für das Extremely Large Telescope entwickeln, werden wir fremde Welten erkunden, neue Physik entdecken und sehen, was niemand zuvor gesehen hat“. [MPE / dre]
Weitere Informationen
- Originalveröffentlichung
K. Abd El Dayem, R. Abuter, N. Aimar, et al. (GRAVITY+ Collaboration), Discovery of a star sensitive to the spin of Sagittarius A*, Nature 657, 359–363, 19. August / 10. September 2026; DOI: 10.1038/s41586-026-10894-w - GRAVITY+ Projektseite (auf Englisch), MPI für extraterrestrische Physik, Garching
