Darstellung des Sterns S2, der an einem Schwarzen Loch vorbei zieht (Quelle: ESO/M. Kornmesser). | Bildquelle: ESO/M. Kornmesser

"S2" umkreist schwarzes Loch Wie von Einstein vorhergesagt

Stand: 26.07.2018 20:19 Uhr

Mit hoher Geschwindigkeit rast der Stern "S2" durchs All - sehr nah ist er derzeit einem schwarzen Loch. Was Forscher dabei beobachteten, liefert einen weiteren Beweis für Einsteins Relativitätstheorie.

Von Arno Trümper, BR

Vor über 100 Jahren erdachte Albert Einstein seine revolutionäre Relativitätstheorie. Zunächst war das noch eine reine Theorie. Forscher haben aber seitdem ständig nach Beweisen für diese Theorie gesucht. Einige Male ist das auch schon gelungen - und dieses Mal auf besonders beeindruckende Art und Weise. Mit einem Großteleskop der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile konnten Forscher den Effekt der "Rotverschiebung" in der Nähe eines schwarzen Lochs beobachten.

Monster des Weltalls

Schwarze Löcher sind quasi die Monster des Weltalls. Im Zentrum der Milchstraße, etwa 26.000 Lichtjahre entfernt, befindet sich so ein schwarzes Loch. Seine Eigenart ist eine unvorstellbar große Masse, die vier Millionen Mal so groß ist wie die der Sonne. Es gilt die allgemeine Regel: Je größer die Masse eines Objektes ist, desto größer ist seine Gravitation. Das hat zur Folge, dass von diesem schwarzen Loch eine enorme Gravitation ausgeht. Wie ein überdimensionaler Staubsauger zieht es alles an, was in seiner Nähe ist: Planeten, Sterne, einfach alles.

Dass die Sonne, die Erde und alle anderen Himmelskörper der Milchstraße nicht augenblicklich von diesem schwarzen Loch verschluckt werden, ist nur den Fliehkräften zu verdanken. Die Fliehkraft entsteht, weil alle Himmelskörper der Milchstraße das schwarze Loch umkreisen. Das Fliegen auf dieser Kreisbahn sorgt für die Fliehkraft.

Allerdings wird die Anziehungskraft beziehungsweise Gravitationskraft des schwarzen Loches größer, je näher ihm ein Objekt ist. Das bedeutet: Je höher die Anziehungskraft ist, desto größer muss auch die Fliehkraft sein, damit das Objekt nicht verschluckt wird. Sehr nah dran ist zum Beispiel der Stern "S2". Er jagt folglich mit enorm hoher Geschwindigkeit durchs All.

Diese Darstellung zeigt die Bahn des Sterns S2, die sehr nah am supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße vorbeiführt. (Bildquelle: ESO/M. Kornmesser) | Bildquelle: ESO/M. Kornmesser
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Diese Darstellung zeigt die Bahn des Sterns S2, die sehr nah am supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße vorbeiführt. (Bildquelle: ESO/M. Kornmesser)

So nah am schwarzen Loch wie nur alle 15 Jahre

Was "S2" für die Wissenschaft so interessant macht: Er bewegt sich auf einer stark eiförmigen Bahn und nähert sich dabei dem schwarzen Loch nur alle 15 Jahre besonders stark: bis auf 14 Milliarden Kilometer. In astronomischen Maßstäben ist das sehr nah. Dabei erhöht der Stern seine Geschwindigkeit und erreicht ein Tempo von mehr als 25 Millionen Kilometern pro Stunde, fast drei Prozent der Lichtgeschwindigkeit, was wiederum in astronomischen Maßstäben sehr schnell ist.

Die Theorie von Einstein besagt nun, dass die starke Gravitationskraft des schwarzen Lochs nicht nur den Stern zu sich hinzieht, sondern auch die Lichtwellen wie ein Gummiband dehnt. Das bedeutet: Aus relativ kurzwelligem Licht wird langwelligeres. Das langwelligste, sichtbare Licht ist das rote. Damit müsste sich "S2" in der Nähe des schwarzen Loches also rötlich verfärben. Genau diesen Effekt haben die Forscher nun beobachtet.

Simulation zeigt die Umlaufbahnen von Sternen in unmittelbarer Nähe des supermassereichen Schwarzen Lochs im Herzen der Milchstraße. (Bildquelle: ESO/L. Calçada/spaceengine.org) | Bildquelle: ESO/L. Calçada/spaceengine.org
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Diese Simulation zeigt die Umlaufbahnen von Sternen in unmittelbarer Nähe des supermassereichen Schwarzen Lochs im Herzen der Milchstraße. (Bildquelle: ESO/L. Calçada/spaceengine.org)

Höhepunkt einer 26 Jahre andauernden Beobachtung

Die Beobachtung dieser "Gravitations-Rotverschiebung" sei der Höhepunkt einer insgesamt 26-jährigen Beobachtungskampagne, berichtete Reinhard Genzel, Leiter des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik in Garching bei München. "Wir haben seit einer Dekade gezielt danach gesucht und das Experiment vorbereitet. Das ist das zweite Mal, dass wir den nahen Vorbeiflug von 'S2' um das schwarze Loch in unserem galaktischen Zentrum beobachtet haben. Aber diesmal konnten wir den Stern aufgrund der deutlich verbesserten Instrumentierung mit bisher unerreichter Detailauflösung verfolgen."

Forscher Stefan Gillessen, auch vom Garchinger Institut, ergänzt: "Damit konnten wir den Stern auf seiner Umlaufbahn extrem genau verfolgen und schließlich die gravitative Rotverschiebung im Spektrum von 'S2' nachweisen."

Über dieses Thema berichtete Deutschlandfunk Nova am 26. Juli 2018 um 16:30 Uhr.

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