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MILCHSTRASSE
GRAVITY hat zentrales Schwarzes Loch im Visier
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik
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23. Juni 2016

Astronomen haben mithilfe des Instruments GRAVITY am Very Large Telescope der ESO einen detaillierten Blick auf die unmittelbare Umgebung des zentralen Schwarzen Lochs geworfen. Die Beobachtungen sind so präzise, dass in den kommenden Jahren auch relativistische Effekte zu messen sein sollten, denen ein Stern ausgesetzt ist, der um das Schwarze Loch kreist.

Milchstraße

Blick in das Zentrum der Milchstraße. Für die Beobachtung des Sterns S2 mit GRAVITY wurde der Stern IRS 16C als Referenz benutzt. Das Schwarze Loch (Sgr A*) ist durch ein Kreuz markiert. Foto: ESO / MPE / S. Gillessen et al. [Großansicht]

Nur 25.000 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt, im Sternbild Schütze, liegt das Zentrum der Milchstraße mit einem Schwarzen Loch, das rund vier Millionen Mal massereicher ist als unsere Sonne. Seine Existenz wurde lange vermutet. 2002 gelang es, die Umlaufbahn des Sterns S2 um das Schwarze Loch zu bestimmen (astronews.com berichtete): Im Laufe von 16 Jahren zieht der Stern eine winzige Ellipse am Himmel mit einer Größe von nur 0,2 Bogensekunden. Wenn man ein Fußballstadion auf dem Mond platzieren würde, schiene es ebenso groß - oder so klein - wenn man von der Erde darauf blickt.

Zwar konnten die Astronomen mit bisherigen Instrumenten die Umlaufbahn genau genug vermessen, um die Masse des Schwarzen Lochs zu bestimmen; um aber die Allgemeine Relativitätstheorie zu testen, muss man viel genauer messen - so genau, als ob man Objekte auf dem Mond zentimetergenau im imaginären Stadion ausfindig machen muss.

Das neue Instrument GRAVITY, das im Rahmen einer Zusammenarbeit mehrerer europäischer Institute und Einrichtungen entstand, ist speziell für diesen Zweck entwickelt worden. GRAVITY ist ein Interferometer und kombiniert das Licht der vier Acht-Meter-Teleskope des Very Large Telescope (VLT) der europäischen Südsternwarte ESO auf dem Gipfel des Paranal in Chile. Um die Empfindlichkeit in dichten und vom Staub verhüllten Regionen, wie dem galaktischen Zentrum, weiter zu verbessern, wurde außerdem jedes der Acht-Meter-Teleskope mit einer neuen adaptiven Optik ausgestattet, die die Unruhe der Luft noch besser kompensieren soll.

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Kombiniert man das Licht interferometrisch, ergibt sich eine effektive Auflösung, die derjenigen eines virtuellen Teleskops mit 130 Metern Durchmesser entspricht. Daraus ergibt sich eine Verbesserung um einen Faktor 15 bei Auflösung und Präzision gegenüber den Acht-Meter-Teleskopen. Dies wird es künftig möglich machen, Einsteins Theorie im galaktischen Zentrum zu überprüfen.

In den letzten zehn Jahren hat das Team an GRAVITY gearbeitet. Bei den ersten Tests sollten sich nun zwei entscheidende Fragen beantworten: Wird GRAVITY die erforderliche Empfindlichkeit für die Beobachtung der schwachen Sterne um das galaktische Zentrum erreichen? Und würde das galaktische Zentrum als Labor kooperieren und saubere "Testteilchen" bieten, damit die vorhergesagten Auswirkungen von der Allgemeinen Relativitätstheorie tatsächlich gemessen werden könnten?

"Es war ein großartiger Moment für das ganze Team, als sich das Licht des Sterns S2 zum ersten Mal überlagerte", sagt der leitende Wissenschaftler für GRAVITY, Frank Eisenhauer vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching begeistert. "Zuerst stabilisierten wir aktiv die Interferenz an einem hellen, nahe gelegenen Stern, und nur wenige Minuten später konnten wir tatsächlich die Interferenz des schwachen Sterns S2 sehen – wir haben es geschafft!"

Auf den ersten Blick zeigen weder der Referenzstern, noch S2 helle und massereiche Begleiter, die Beobachtung und Analyse erschweren würden. "Es sind ideale Probekörper", erklärt Eisenhauer. Bei seinem nächsten Vorbeiflug am Schwarzen Loch wird der Stern S2 nur 17 Lichtstunden entfernt sein und extremer Schwerkraft ausgesetzt.

Die Astronomen standen mit ihren Tests auch unter einem gewissen Zeitdruck: Bereits 2018 wird der Stern auf seiner Bahn wieder den geringsten Abstand vom Schwarzen Loch aufweisen. Zu dieser Zeit sind die gesuchten relativistischen Effekte am stärksten ausgeprägt. An diesem Punkt wird sich der Stern dem Schwarzen Loch auf eine Entfernung von nur 17 Lichtstunden nähern und mit einer Geschwindigkeit von fast 8000 km/s oder 2,5 Prozent der Lichtgeschwindigkeit daran vorbeisausen.

Im Jahr 2018 wird die ellipsenförmige Bahn, auf der S2 das Schwarze Loch umrundet, ihre Orientierung aufgrund der Allgemeinen Relativitätstheorie ändern und sich in ihrer Ebene um etwa 0,2 Grad drehen. Dieser relativistische Effekt ist um viele Größenordnungen stärker, als etwa bei der Umlaufbahn des Merkur, des innersten Planeten im Sonnensystem. Die nächste Gelegenheit nach 2018, einen nahen Vorbeiflug von S2 um das Schwarze Loch zu beobachten, wird dann erst wieder 2033 bestehen.

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siehe auch
Galaktisches Zentrum: Suche nach Sternen mit Radioteleskopen? - 15. Oktober 2015
XMM-Newton: Das turbulente Zentrum der Milchstraße - 24. August 2015
VLT: Die Gaswolken im Zentrum der Milchstraße - 25. November 2014
Swift: Aktivität im Zentrum der Milchstraße - 14. Januar 2014
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Milchstraßenzentrum: Gaswolke nähert sich Schwarzem Loch - 14. Dezember 2011
VLT: Rasender Stern um das zentrale Schwarze Loch - 21. Oktober 2002
Links im WWW
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
ESO
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