Supermassereiches schwarzes Loch verbiegt Sternenbahnen

Die Bahnen von Sternen um das schwarze Loch im Zentrum der Milch­straße zeigen schwache, von Einsteins Allge­meiner Relati­vitäts­theorie vorher­gesagte Effekte. Wie ein inter­natio­nales Forscher­team jetzt zeigen konnte, weicht die Bahn des Sterns S2 leicht von der mit klassi­scher Physik berech­neten Bahn ab. Die Ergeb­nisse stellen den Auftakt zu einer Reihe weiterer präziser Tests der Relati­vitäts­theorie dar, die mit dem Gravity-Instru­ment im Jahr 2018 durch­ge­führt werden sollen, wenn S2 dem schwarzen Loch sehr nahe kommt.

Das Team hat mithilfe neuer Techniken eine große Menge an Beobachtungs­daten analy­siert, die im Laufe der letzten zwanzig Jahre mit dem Very Large Tele­scope der ESO und anderen Tele­skopen gesammelt wurden. Die Forscher verglichen die gemes­senen Umlauf­bahnen der Sterne im galak­tischen Zentrum mit Vorher­sagen, die mit dem klassi­schen Newton­schen Gravi­tations­gesetz getroffen wurden, sowie mit Vorher­sagen aus der Allge­meinen Relati­vitäts­theorie.

Dabei fanden die Astronomen Hinweise auf eine kleine Veränderung in der Bewegung eines Sterns, der als S2 bezeich­net wird, die mit den Vorher­sagen der Allge­meinen Relati­vitäts­theorie im Ein­klang steht. Die Verän­derung durch relati­vistische Effekte bei der Form der Umlauf­bahn beträgt nur wenige Prozent und bei der Orien­tierung nur etwa ein Sechstel Grad. Es ist das erste Mal, dass eine Messung der Stärke der Effekte der Allge­meinen Relati­vitäts­theorie für Sterne gelang, die ein super­masse­reiches schwarzes Loch um­kreisen.

Die hohe Genauigkeit der Positionsmessungen, die durch die Nah­infra­rot-Instru­mente mit adap­tiver Optik am VLT möglich waren, war für den Erfolg der Unter­suchung aus­schlag­gebend. Ent­schei­dend waren sie nicht nur während der engen Annähe­rung an das schwarze Loch, sondern vor allem während der Zeit, als S2 weiter weg vom schwarzen Loch war. Die letz­teren Daten erlaub­ten eine genaue Bestim­mung der Form der Umlau­fbahn und wie sie sich unter dem Ein­fluss der Relati­vität ver­ändert.

Die Ergebnisse sind der Auftakt einer Reihe von Beobach­tungen des galak­tischen Zentrums durch Astro­nomen auf der ganzen Welt. Im Jahr 2018 wird der Stern S2 dem super­masse­reichen schwarzen Loch sehr nahe kommen. Bis dahin soll das Gravity-Instru­ment, das von einem großen inter­natio­nalen Konsor­tium unter der Führung des MPI für extra­terres­trische Physik ent­wickelt und am VLT-Inter­fero­meter montiert wurde, die Umlauf­bahnen nochmal um einiges genauer messen können als es der­zeit möglich ist. Man geht davon aus, dass nicht nur die Effekte der Allge­meinen Relati­vitäts­theorie klar nach­weis­bar sein werden, sondern auch, dass die Messungen es Astro­nomen ermög­lichen werden, nach Abwei­chungen von der Allge­meinen Relati­vitäts­theorie zu suchen, die eine gänz­lich neue Physik zu Tage bringen könnten.

ESO / RK