Im Orbit um das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße

Los Angeles (USA) - Im Mittelpunkt der Milchstraße befindet sich ein Schwarzes Loch mit der viermillionfachen Masse unserer Sonne. Forscher haben jetzt einen Stern entdeckt, der dieses Schwarze Loch alle 11,5 Jahre auf einer engen elliptischen Bahn umkreist. Der bisherige Rekord lag bei 16 Jahren. Die genaue Beobachtung der Umlaufbahnen kann dazu dienen, die von Albert Einstein im Rahmen seiner Relativitätstheorie vorhergesagte Verzerrung von Raum und Zeit in einem starken Gravitationsfeld zu überprüfen, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“.

Keck Observatory vor dem Nachthimmel. Zwei Laserstrahlen erzeugen einen künstlichen Stern.
Laserstrahlen erzeugen am Keck Observatory einen künstlichen Stern.

„Ich bin außerordentlich erfreut darüber, gleich zwei Sterne gefunden zu haben, die das supermassereiche Schwarze Loch der Galaxis in einer Zeit umrunden, die kleiner ist als die menschliche Lebensspanne“, sagt die Leiterin des Entdeckerteams, Andrea Ghez von der University of California in Los Angeles. Gemeinsam mit ihren Kollegen beobachtet Ghez seit zwei Jahrzehnten die Bahnen von 3000 Sternen im Zentrum der Milchstraße. Die meisten von ihnen haben Umlaufzeiten von über 60 Jahren. 1995 stieß das Team auf den Stern S0-2, den bisherigen Rekordhalter.

Mithilfe der genauen Vermessung der Bahn von S0-2 konnten Ghez und ihre Kollegen den endgültigen Beweis dafür liefern, dass es sich bei dem zentralen, supermassereichen Objekt im galaktischen Zentrum um ein Schwarzes Loch handeln muss. Die Entdeckung des neuen Rekordhalter S0-102 stellt den Astronomen nun neue Möglichkeiten zur Verfügung, die Geometrie von Raum und Zeit in der Umgebung des Schwarzen Lochs zu untersuchen. Die Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt, wie ein starkes Gravitationsfeld Maßstäbe verzerrt und die Zeit verlangsamt. „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.

Ellipsen mit unterschiedlicher Exzentrizität veranschaulichen den Verlauf der Sternbahnen im galaktischen Zentrum.
Sternbahnen im Zentrum der Galaxis.

Ghez und ihre Kollegen benutzen für ihre Beobachtungen die adaptive Optik der großen Keck-Teleskope auf dem Mauna Kea von Hawaii. Bei diesem Verfahren erzeugen die Astronomen mithilfe von Laserstrahlen einen künstlichen Stern am Himmel. Die Messung dieses Sterns zeigt den Forscher, 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. Nur dank dieser fortschrittlichen Technik können die Astronomen die Sternenorbits im 25.000 Lichtjahre entfernten Zentrum der Milchstraße genau beobachten.