Messungen in der Milchstraße Schwarzes Loch bestätigt Einstein
Garching · Nur zwei Mal in 26 Jahren hatten die Astronomen die Gelegenheit, einen Stern beim Umkreisen eines Schwarzen Lochs genau zu beobachten. Dank verbesserter Instrumente brachte die zweite Beobachtung erfreuliche Erkenntnisse.
Im Zentrum der Milchstraße haben Astronomen eine weitere Bestätigung für Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie gefunden: Erstmals konnten sie bei einem Stern, der sich um ein supermassereiches Loch bewegt, die sogenannte Gravitations-Rotverschiebung nachweisen.
Die Wissenschaftler um Reinhard Genzel vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching bei München hatten den Stern S2 ins Visier genommen und genau verfolgt, wie er das extrem massereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Heimatgalaxie passierte. Ihre Beobachtungen mit dem "Very Large Telescope" (VLT) der Europäischen Südsternwarte Eso stellen die Forscher im Fachblatt "Astronomy & Astrophysics" vor. Die bereits bei anderen Objekten beobachtete Gravitations-Rotverschiebung gilt als wichtiger Test der Relativitätstheorie.
Der Stern S2 umrundet das 26.000 Lichtjahre entfernte zentrale Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße etwa alle 15 Jahre. Auf seiner eiförmigen Bahn nähert er sich bis auf 14 Milliarden Kilometer an das Schwarze Loch an - das entspricht ungefähr dem dreifachen Abstand des äußersten Planeten unseres Systems, Neptun, zur Sonne. Der Stern wird dabei sehr schnell, er erreicht ein Tempo von mehr als 25 Millionen Kilometern pro Stunde, fast drei Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Nach Einsteins vor mehr als 100 Jahren veröffentlichten Theorie sollte das Licht des Sterns durch die starke Gravitationskraft des Schwarzen Lochs etwas röter werden - die Lichtwellenlänge wächst. Genau diesen Effekt haben die Forscher nun beobachtet.
Die Entdeckung dieser Gravitations-Rotverschiebung sei der Höhepunkt einer insgesamt 26-jährigen Beobachtungskampagne, unterstrich die Max-Planck-Gesellschaft in einer Mitteilung. "Wir haben seit einer Dekade gezielt danach gesucht und das Experiment vorbereitet", berichtete Genzel. "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." Ko-Autor Stefan Gillessen 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."
Es ist nicht der erste Nachweis der Gravitations-Rotverschiebung. Der Effekt ließ sich in schwächeren Gravitationsfeldern etwa bereits bei der Sonne, dem Stern Sirius und mit Hilfe der Gammastrahlung einer radioaktiven Quelle in einem irdischen Labor nachweisen. Auch bei sogenannten Aktiven Galaxienkernen, die ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum haben, gibt es entsprechende Messungen von Spektrallinien, wobei die Strahlungsquelle nach Angaben des Instituts jedoch nicht so nah am Schwarzen Loch lag wie bei den jetzt vorgestellten Messungen aus dem Zentrum der Milchstraße. Mit den neuen Beobachtungen konnten die Forscher den Effekt nun präzise unter neuen Bedingungen nachweisen: einem Stern im Schwerefeld eines supermassereichen Schwarzen Lochs.
