Wer spät nachts zum Band der Milchstraße am Nachthimmel aufblickt, vermutet kaum, dass sich tief im Inneren jenes friedlich wirkenden Nebels eine kosmische Hochgeschwindigkeitsjagd abspielt. Am 19. August 2026 veröffentlichte das Fachjournal Nature eine Studie eines internationalen Forschungsteams unter Leitung der Europäischen Südsternwarte (ESO): Astronomen haben mit S301 den bisher schnellsten Stern der Milchstraße entdeckt.
Mit einer Masse von etwa dem 1,5-Fachen unserer Sonne beschleunigt S301 bei der Annäherung an das galaktische Zentrum auf eine atemberaubende Spitzengeschwindigkeit von 25.000 Kilometern pro Sekunde – was etwa 8 % der Lichtgeschwindigkeit entspricht. Das ist fast 100.000-mal schneller als ein ziviles Verkehrsflugzeug; auf der Erde würde dieser Stern in wenigen Sekunden den halben Globus überqueren.
S301 besitzt nicht nur eine enorme Fluggeschwindigkeit, sondern auch eine außergewöhnliche Umlaufbahn, die extrem nah am supermassereichen Objekt im Herzen der Milchstraße vorbeiführt. Dieser gewagte Vorbeiflug schenkt Wissenschaftlern ein lang ersehntes kosmisches Lineal: Erstmals besteht die Möglichkeit, direkt zu messen, wie schnell sich das 4 Millionen Sonnenmassen schwere Schwarze Loch dreht.
25.000 km/s: Der schnellste Stern der Milchstraße rast vor der Haustür des Schwarzen Lochs
Sagittarius A* – das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße mit etwa 4 Millionen Sonnenmassen – fasziniert Astronominnen und Astronomen seit jeher. Um die unmittelbare Umgebung dieses Giganten zu erforschen, nutzte das internationale Konsortium GRAVITY+ das Very Large Telescope Interferometer (VLTI) der Europäischen Südsternwarte – ein Verbund mehrerer riesiger optischer Teleskope. Damit gelang es, Lichtsignale einzufangen, die 4 Milliarden Mal schwächer sind als die Wahrnehmungsgrenze des menschlichen Auges.
Im Jahr 2023 gelangens Astronomen die ersten scharfen Aufnahmen von S301. Durch die Kombination von Beobachtungsdaten der letzten zwei Jahre mit Archivdaten seit 2017 konnten sie eine langgestreckte elliptische Umlaufbahn mit einer Periode von 8,7 Jahren rekonstruieren. Während das fernste Ende des Orbits weit nach außen reicht, befindet sich der sternnächste Punkt (das Perizentrum) nur 1,7 Milliarden Kilometer von Sagittarius A* entfernt.
1,7 Milliarden Kilometer klingen aus menschlicher Perspektive gewaltig, doch ein Vergleich mit unserem Sonnensystem verdeutlicht die extreme Nähe: Der Abstand ist nur wenig größer als die Distanz zwischen Saturn und der Sonne (ca. 1,4 Milliarden Kilometer). Im galaktischen Zentrum, wo Entfernungen üblicherweise in Lichtjahren gemessen werden, gleitet S301 gewissermaßen direkt am Rand des Ereignishorizonts entlang.
Abb.: Schematische Darstellung: S301 (orangefarbener Punkt) rast am zentralen Schwarzen Loch der Milchstraße vorbei. Quelle: MPE / Science News
Warum die Messung der Spin-Rate bisher einem Blick durch Milchglas glich
Die Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit (des Spins) eines Schwarzen Lochs gehört seit Jahrzehnten zu den schwierigsten Aufgaben der Astronomie. Die Rotation prägt die gesamte Umgebung des Schwarzen Lochs, doch bisherige Messmethoden beruhten größtenteils auf indirekten Berechnungen – vergleichbar mit dem Versuch, die Bewegungen einer Person hinter einem dichten Vorhang zu erraten.
Bislang stützten sich Wissenschaftler vor allem auf zwei indirekte Verfahren: Erstens die Analyse von Röntgenstrahlung aus der Akkretionsscheibe (einer Scheibe aus Gas und Staub, die unter der enormen Gravitation mit hoher Geschwindigkeit in das Schwarze Loch stürzt); zweitens den Nachweis von Gravitationswellen (Raumzeitwellen, die entstehen, wenn zwei massive Schwarze Löcher kollidieren und verschmelzen).
Beide Methoden erfordern komplexe physikalische Modelle und Computermodellationen mit Vorannahmen, weshalb die ermittelten Spin-Werte in der Fachwelt oft umstritten blieben. Der Astronom Christopher Reynolds von der University of Maryland, der nicht an der Studie beteiligt war, betont, dass indirekte Messungen zwar wertvoll seien, dieser Stern der Menschheit nun jedoch die Chance auf eine direkte Messung bietet.
Abb.: Aus mehrjährigen VLTI-Beobachtungen rekonstruierte Umlaufbahn von S301 mit der Neptunbahn als Referenz. Quelle: GRAVITY Collaboration/ESO / Science News
Ein Strudel, der die Raumzeit mitreißt: Der nahe Vorbeiflug als Präzisionslineal
Nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie (General Relativity) zieht ein schnell rotierendes supermassereiches Schwarzes Loch Materie nicht nur an, sondern verzieht auch das Raumzeit-Gefüge in seiner Umgebung zutiefst. Dieses Phänomen wird als Lense-Thirring-Effekt oder Frame-Dragging bezeichnet (das Mitreißen der Raumzeit durch ein rotierendes massereiches Objekt).
Stellen Sie sich das Schwarze Loch wie einen Löffel vor, der sich rasend schnell in zähem Honig dreht: Der umgebende Honig wird in Rotationsrichtung mitgezogen. Wenn das Schwarze Loch rotiert, wird das Raumzeit-Gefüge in seiner Nähe mitgerissen. Dies führt dazu, dass die Umlaufbahn nahe vorbeifliegender Himmelskörper nach jedem Umlauf eine extrem subtile Richtungsabweichung erfährt.
Je näher ein Stern dem Schwarzen Loch kommt und je schneller dieses rotiert, desto deutlicher macht sich das Frame-Dragging in der Umlaufbahn bemerkbar. Früher hatten Astronomen bereits die Umlaufbahnen anderer Sterne genutzt, um die Masse von Sagittarius A* präzise zu bestimmen; allerdings waren jene Sterne nicht nah genug, um die feinen Störungen durch den Spin wahrzunehmen. S301 schließt nun genau diese Lücke als der bisher am nächsten gelegene Beobachtungsposten am Schwarzen Loch.
Abb.: Schematische Darstellung: Unterschied in der Umlaufbahn von S301 bei einem rotierenden (unten) versus einem nicht-rotierenden (oben) Schwarzen Loch. Quelle: L. Calçada / GRAVITY Collaboration/ESO / Science News
Regelmäßige Mahlzeit oder chaotisches Buffet? Die galaktischen Geheimnisse im Spin
Die Messung des Spins ist entscheidend für das Verständnis der Entwicklungsgeschichte der gesamten Milchstraße. Der Spin speichert die Information darüber, wie das Schwarze Loch über Äonen gewachsen ist, und bestimmt direkt, wie hochenergetische Materiestrahlen (Jets) und galaktische Winde die Sternentstehung in der Umgebung beeinflussen.
Die Astronomin Laura Brenneman vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, die ebenfalls nicht an der Studie beteiligt war, wählt einen anschaulichen Vergleich: Ein sehr hoher Spin deutet darauf hin, dass das Schwarze Loch über lange Zeiträume hinweg kontinuierlich Gas aus derselben Richtung verschlungen hat. Ein niedriger Spin hingegen spricht dafür, dass es Materie aus unterschiedlichsten Richtungen aufgenommen hat – vergleichbar mit einem ungeordneten Buffet.
Stefan Gillessen, Astronom am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und Koautor der Studie, erklärt, dass das enorme Potenzial dieses Sterns das gesamte Team begeistert. Sollten zukünftige Beobachtungen einen Spin von null ergeben oder Werte aufzeigen, die die Grenzen der Allgemeinen Relativitätstheorie sprengen, könnte dies sogar die Fundamente der modernen Physik herausfordern.
Eine 15-jährige Jagd: Geduld für die reinsten Daten des Universums
Die Messung der winzigen Bahnabweichungen durch das Frame-Dragging erfordert große Geduld. Da S301 eine Umlaufzeit von 8,7 Jahren besitzt, müssen Astronominnen und Astronomen den Stern über mehrere Umläufe hinweg kontinuierlich verfolgen. Verlässliche Spin-Daten werden in den nächsten 10 bis 15 Jahren erwartet.
Obwohl diese Arbeit langwierig ist, vermeidet sie spekulative Computermodelle und leitet die Werte direkt aus der geometrischen Veränderung der realen Umlaufbahn ab. Durch die fortlaufenden Beobachtungen des Very Large Telescope Interferometers wird jede minimale Ablenkung im Perizentrum präzise aufgezeichnet.
Die Verfolgung dieses Rekordsterns ist letztlich der Versuch, mithilfe eines kosmischen Instruments die wahre Rotationsfrequenz des Raumzeit-Strudels abzulesen. S301 wirkt wie ein Lineal am Rande des Ereignishorizonts – durch die winzigen Abweichungen seiner Bahn erhält die Menschheit erstmals die Chance, dem Rotationstakt des Giganten im Herzen der Milchstraße direkt zu lauschen.
Referenzlinks:
- Nature-Studie: Discovery of a star sensitive to the spin of Sagittarius A*
- Offizielle Pressemitteilung der Europäischen Südsternwarte (ESO)
- Wissenschaftsbericht im Guardian (The Guardian)
- Astronomie-Kolumne in Science News
