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Relativitätstheorie Rasanter Sternentanz um Schwarzes Loch bestätigt Einstein

dpa/uri

16.4.2020

Diese Simulation zeigt Umlaufbahnen von Sternen, die dem gigantischen Schwarzen Loch im Herzen der Milchstrasse sehr nahe kommen. Foto: L. Calçada/ESO/dpa
Source: L. Calçada

Im Herzen unserer Galaxie sitzt ein gigantisches Schwarzes Loch. Darum zieht ein Stern eine besondere Bahn – und belegt so Einsteins berühmte Theorie. Nachgewiesen wurde das mit einer Messung über zweieinhalb Jahrzehnte.

Der rasante Tanz eines Sterns im Zentrum unserer Milchstrasse liefert eine bislang unerreichte Bestätigung von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie.

Der Stern läuft um das gigantische Schwarze Loch im Herzen unserer Heimatgalaxie auf einer Bahn mit der Form einer Rosette, wie jahrzehntelange Präzisionsmessungen belegen. Die Messungen stimmten genau mit Einsteins Theorie überein, berichtet ein Forscherteam um Reinhard Genzel vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching bei München im Fachblatt «Astronomy & Astrophysics».

Die Allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass sich die Bahnen von Himmelskörpern selbst nach und nach drehen, und zwar um den Punkt, den der jeweilige Himmelskörper umkreist. Da Umlaufbahnen in der Regel keine perfekten Kreise, sondern Ellipsen sind, ergibt sich nach und nach die Form einer Rosette, indem sich die Ellipse bei jedem Umlauf ein Stück dreht.

«Science»-MagazinBild von Schwarzem Loch ist «Durchbruch des Jahres»

Dieser in der Regel sehr kleine Effekt wurde zuerst beim Planeten Merkur gemessen, dessen Bahn sich um die Sonne dreht. Mit einer fast 30 Jahre langen Beobachtungsreihe haben die Forscherinnen und Forscher diese sogenannte Periheldrehung, auch als Schwarzschild-Präzession bezeichnet, nun erstmals bei einem Stern um ein supermassereiches Schwarzes Loch nachgewiesen, dem zentralen Schwarzen Loch unserer Milchstrasse, das im Sternbild Schütze (Sagittarius) liegt und die astronomische Bezeichnung Sgr A* trägt.

Rätsel der modernen Physik

«Dieser Durchbruch durch Beobachtungen untermauert den Beweis, dass Sgr A* ein supermassereiches Schwarzes Loch mit der viermillionenfachen Masse der Sonne sein muss», erläuterte Genzel in einer Mitteilung der Europäischen Südsternwarte Eso, mit deren «Very Large Telescope» (sehr grossem Teleskop) die Beobachtungen stattgefunden haben. Der beobachtete Stern mit der Bezeichnung S2 rast in weniger als 20 Milliarden Kilometern Abstand um das Schwarze Loch, das ist rund die 120fache Distanz der Erde zur Sonne, und erreicht dabei bis zu ein Drittel der Lichtgeschwindigkeit.

Ein Umlauf des Sterns dauert rund 16 Jahre. Daher waren lange Präzisionsmessungen nötig, um die Bahn des etwa 26'000 Lichtjahre von der Erde entfernten Himmelsobjekts genau zu bestimmen. Ein Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt.

Die Beobachtungen erlauben nach Angaben der Forscher auch bessere Einschätzungen, wie viel unsichtbares Material in Form von kleineren Schwarzen Löchern oder sogenannter Dunkler Materie sich in der Umgebung des zentralen Schwarzen Lochs unserer Galaxie befindet. Die Dunkle Materie gehört zu den grössten Rätseln der modernen Physik: Sie zeigt durch ihre Schwerkraft, dass sie mehr als fünfmal häufiger ist als die uns vertraute Materie, Forscher haben bislang jedoch keinen Anhaltspunkt, worum es sich bei dieser Materie handelt. Mit der nächsten Generation noch grösserer Teleskope hoffen die Astronomen, dem Massemonster im Herzen der Milchstrasse noch näher auf den Leib zu rücken.

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