S301: der schnellste bekannte Stern

Ein Stern, der alle 8,7 Jahre um das Schwarze Loch unserer Galaxie rast, an seinem nächsten Punkt mit über 8 % der Lichtgeschwindigkeit

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Schritt für Schritt

Das Herz der Milchstraße

Um es herum schwärmen die S-Sterne, ein paar Dutzend Sterne auf geneigten, gestreckten Bahnen. S2, der hellste, braucht 16 Jahre für einen Umlauf. S301, 2023 gefunden, braucht weniger als 9 Jahre und kommt näher und schneller als jeder andere bekannte Stern. Was gemessen und was gezeichnet ist: Die Bahnen sind die gemessenen; die Linien, die Beschriftungen und die Sterne des Himmels sind gezeichnet.

Wie S301 gefunden wurde

Im Zentrum der Galaxie entspricht eine Tausendstel Bogensekunde etwa 8 AE. Ein einzelnes großes Teleskop verwischt alles innerhalb von etwa 60 Tausendstel Bogensekunden zu einem Fleck. GRAVITY vereint das Licht der vier Teleskope des Very Large Telescope Interferometer der ESO in Chile, und seit 2017 beobachtet das Team das Loch etwa 100 Stunden pro Jahr.

Warum er kreist

Newtons Bild: Wirf einen Ball kräftig genug zur Seite, und er fällt um die Erde herum statt auf sie. Die Schwerkraft biegt die Bahn des Sterns ständig zum Loch hin. Weit draußen bewegt er sich langsam und fällt zurück; nah dran ist er schnell genug, um herumzuschwingen und wieder hinauszuklettern. Nichts nimmt ihm Energie weg, also kreist er immer wieder auf dieselbe Weise.

Den Spin des Lochs spüren

Einsteins Theorie sagt, dass eine rotierende Masse Raum und Zeit mit sich zieht: der Lense–Thirring-Effekt. Um die Erde ist er winzig; der Satellit Gravity Probe B brauchte Jahre, um ihn zu messen. Nahe einem Schwarzen Loch wächst er schnell, je näher man kommt, und S301 ist der erste bekannte Stern, der nah genug kommt, damit seine Bahn ihn zeigt.

Wie stark sich die Bahn dreht, verrät, wie schnell das Loch rotiert. Zwei volle Umläufe zu messen, etwa zehn Jahre Beobachtung, sollte genügen. Die Antwort sagt etwas darüber, wie Schwarze Löcher wachsen: durch stetiges Fressen von einer Seite, das sie schneller drehen lässt, oder durch viele kleine Mahlzeiten aus allen Richtungen, nach denen sie langsam rotieren.

Warum er nicht zerrissen wird

S301 ist also sicher: An seinem nächsten Punkt beträgt die Gezeitenkraft nur etwa ein Tausendstel seiner eigenen Anziehung, und sie heizt den Stern viel zu wenig auf, um eine Rolle zu spielen. Einem Roten Riesen, Hunderte Male größer, würden auf so einer Bahn die äußeren Schichten abgerissen, und ein Stern, der in seinen Gezeitenradius geriete, würde zerfetzt, wie man es bei Gezeitenzerreißungen in anderen Galaxien aufleuchten sieht.