90 Millionen Stundenkilometer

Schnellster Stern der Milchstraße kreist um ein Schwarzes Loch

Im Zentrum der Milchstraße kreist ein Stern, der schneller unterwegs ist als jedes andere bekannte Objekt in unserer Galaxis. S301, so seine offizielle Bezeichnung, rast mit rund 25.000 Kilometern pro Sekunde um Sagittarius A*, das gewaltige Schwarze Loch im Herzen der Milchstraße. Das sind etwa 90 Millionen Stundenkilometer oder acht Prozent der Lichtgeschwindigkeit, umgerechnet also beinahe eine komplette Erdumrundung pro Sekunde. Entdeckt hat ein Forschungsteam den Stern im Frühjahr 2023, damals allerdings nur als schwachen Lichtpunkt, dessen Bedeutung sich erst nach der Auswertung seiner Bahn zeigte. Von dem Schwarzen Loch trennt ihn dabei gerade noch so viel Distanz, dass ihn dessen Gezeitenkräfte nicht auseinanderreißen.

Ein Ausreißer aus einem zerrissenen Doppelsystem

Sein heutiger Standort scheidet als Geburtsort aus. In unmittelbarer Nähe eines Schwarzen Lochs bleibt jener Staub, aus dem neue Sterne hervorgehen, durch dessen Schwerkraft in Bewegung und findet nie zu einer dichten Wolke zusammen. S301 muss also von woanders gekommen sein, und die Erklärung dafür liegt in seiner Vergangenheit. Ursprünglich gehörte er zu einem Doppelsystem, also einem Sternenpaar, das sich gemeinsam durch den Raum bewegte. Dieses Paar wurde auseinandergerissen. Der frühere Begleiter ist seither allein in Richtung der Magellanschen Wolken unterwegs, während S301 in die Nähe des Schwarzen Lochs geschleudert wurde.

Verantwortlich dafür dürfte ein sogenanntes Dreikörperproblem sein. Kommen sich drei Himmelskörper zu nahe, verteilt sich ihre Energie neu, und einer von ihnen kann dabei regelrecht katapultiert werden. Genau dieser Effekt hat den Stern vermutlich auf seine heutige extreme Umlaufbahn gebracht.

Vom Lichtpunkt zum Messinstrument für die Raumzeit

Dass man S301 überhaupt sehen kann, ist ein technisches Kunststück. Auf dem 2.600 Meter hohen Cerro Paranal in Chile wurden vier Einzelteleskope so miteinander verknüpft, dass sie gemeinsam wie ein virtuelles Großteleskop mit 120 Metern Durchmesser arbeiten. Bei Radiowellen gehört diese Kopplung längst zum Standardrepertoire. Im Infrarotbereich hat sie vor diesem Projekt noch niemand realisiert. Die Auflösung stieg dadurch um das 15- bis 20-fache. Erst das machte den Stern sichtbar, der von seinen Ausmaßen und seiner Leuchtkraft her ein naher Verwandter unserer Sonne ist.

Diese Präzision ist zugleich die Voraussetzung für den eigentlichen Wert der Entdeckung. Wie das Team im Fachblatt Nature schreibt, lässt sich der Stern aufgrund seiner Position als Messinstrument für das Schwarze Loch selbst nutzen. Rotiert eine derart gewaltige Masse, zieht sie den umgebenden Raum ein Stück weit mit sich und erzeugt eine Art Strudel in der Raumzeit. Beschrieben haben dieses Phänomen bereits vor rund hundert Jahren die beiden österreichischen Physiker Josef Lense und Hans Thirring, weshalb es bis heute Lense-Thirring-Effekt heißt. Der Strudel müsste S301 messbar von seiner Bahn abdrängen.

Gelingt dieser Nachweis, wäre es eine historische Premiere. Dass sich im Zentrum der Milchstraße ein Schwarzes Loch befindet und welche Masse es hat, gilt seit Jahrzehnten als gesichert und wurde 2020 mit dem Physik-Nobelpreis gewürdigt. Offen blieb bislang die Frage nach dem Drehimpuls, also danach, wie schnell sich das Objekt dreht. Neun Jahre dauert eine vollständige Runde von S301 um Sagittarius A*, und in diesem Zeitraum könnte die Messung glücken.

Das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik im deutschen Garching blickt bereits weiter. Als Nächstes soll das sogenannte Keine-Haare-Theorem überprüft werden. Dahinter steckt eine überraschende Behauptung. So kompliziert die Gleichungen auch sind, mit denen sich Schwarze Löcher berechnen lassen, so wenig braucht es am Ende, um eines vollständig zu charakterisieren: Masse, Drehimpuls und Ladung genügen. Alles Weitere, was ein Objekt sonst unverwechselbar macht, existiert hier schlicht nicht. Ob die Theorie der Realität standhält, könnte künftig die Himmelsbeobachtung klären. Auch dieser Nachweis wäre nobelpreisverdächtig.