Einstein behält Recht: Stern rast in Rosettenbahn um Schwarzes Loch

Auch nach mehr als 100 Jahren hält Albert Einsteins berühmteste Theorie Beobachtungen von einem der extremsten Orte im Universum stand.

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Darstellung des Orbits von S2 um Sagittarius A*

(Bild: ESO/L. Calçada)

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Der Stern S2 im Zentrum der Milchstraße kreist in Form einer Rosette um das supermassereiche Schwarze Loch Sagittarius A* und nicht wie von Isaac Newton postuliert in Form einer Ellipse. Mit dieser Beobachtung haben Forscher des Max-Planck-Instituts (MPE) für extraterrestrische Physik einmal mehr einen Beweis für Albert Einsteins Relativitätstheorie gefunden und gleichzeitig untermauert, dass Sagittarius A* ein Schwarzes Loch mit der viermillionenfachen Masse der Sonne sein muss. Mit Instrumenten der Europäischen Südsternwarte ESO haben sie den Stern mehr als zwei Jahrzehnte beobachtet und stellen ihre Beobachtungen nun im Fachmagazin Astronomy & Astrophysics vor.

S2 gehört zu einer kleinen Gruppe von Sternen, die das 26.000 Lichtjahre von uns entfernte supermassive Schwarze Loch sehr schnell und sehr nah umkreisen. Die Verhältnisse dort gehören zu den extremsten im beobachtbaren Universum und ihre Beobachtung ermöglicht genaue Überprüfungen der Vorhersagen, die aus der Relativitätstheorie folgen. S2 beispielsweise kommt dem Schwarzen Loch während seines 16-jährigen Orbits mit etwa 120 Astronomischen Einheiten näher, als Voyager 1 derzeit von der Erde entfernt ist. Er erreicht eine Geschwindigkeit von 3 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Schon vor zwei Jahren hatten Astronomen Messungen seiner Bahn vorgestellt, die nicht mit der Gravitationstheorie von Isaac Newton, sondern nur mit der Allgemeinen Relativitätstheorie zu erklären sind.

(Quelle: ESO/L. Calçada)

Links die Datenpunkte für den Orbit von S2: Die geringe Abweichung ist nachweisbar. Rechts die Position der Sterne und die Vorhersage der Relativitätstheorie (rot) und von Newton (blaue Striche).

(Bild: © MPE )

Die MPE-Forscher ergänzen diese Daten nun um genauere Ergebnisse für die Bahn von S2. Dessen nächstgelegener Punkt zu Sagittarius A* ändert sich bei jeder Umlaufbahn, sodass jeder Orbit gegenüber dem vorherigen gedreht ist. Über die Zeit entsteht so die Rosettenform, die Albert Einstein postuliert hatte. Der Effekt war erstmals beim sonnennächsten Planeten Merkur beobachtet worden, die früheste Bestätigung der Theorie. Dass die Vorhersagen auch für die viel extremere Bahn von S2 so präzise stimmen, ist einmal mehr ein Erfolg. Gleichzeitig erlauben die Messungen der sogenannten Schwarzschild-Präzession genauere Berechnungen zu dem Schwarzen Loch, etwa zu dort eventuell vorhandener Dunkler Materie oder weiteren kleineren Schwarzen Löchern, erklären die Forscher.

Wie die Wissenschaftler um MPE-Direktor Reinhard Genzel schreiben, wurden insgesamt mehr als 330 Messungen mit verschiedenen Instrumenten vorgenommen. Schon 2018 hatten sie auch erläutert, dass das Licht von S2 durch die immense Gravitation auf längere Wellenlängen gestreckt und dadurch insgesamt röter wird, was sie beobachten können. Für noch bessere Messungen hoffen sie in Zukunft auf das derzeit im Bau befindliche Extremely Large Telescope (ELT). Mit etwas Glück könnten sie damit Sterne so nahe an dem Schwarzen Loch analysieren, dass sie dessen Rotation ermitteln könnten: "Das wäre wieder eine ganz andere Stufe der Überprüfung der Relativitätstheorie", meint Andreas Eckart von der Universität Köln.

(Quelle: ESO/MPE)

(mho)