Science
26.07.2018

Beobachtung im Zentrum der Milchstraße bestätigt Einstein

Astronomen erforschten den Vorbeiflug eines Sterns am Schwarzen Loch. Was dabei geschah, bestätigt Einsteins Relativitätstheorie.

Seit 26 Jahren versuchen Astronomen in aller Welt, einen Blick auf das Zentrum der Milchstraße zu werfen, um eine ihrer fundamentalsten Annahmen über die Funktionsweise des Universums zu überprüfen. Den Mittelpunkt unserer Galaxie bildet ein so genanntes supermassives Schwarzes Loch, das vier Millionen mal so massiv wie die Sonne ist. Alles, was dem Schwarzen Loch zu nahe kommt, wird verschlungen, auch Licht. Dem Schwarzen Loch sehr nahe, aber dennoch weit genug entfernt, um nicht hinein zu stürzen, ist eine Menge an Sternen. Sie rotieren um das Schwarze Loch wie Planeten um die Sonne, allerdings auf ungeordneten Umlaufbahnen. Den Astronomen ging es darum, einen Stern zu finden, der auf seiner Umlaufbahn besonders nah an das Schwarze Loch herankommt.

Laut der allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein, müsste die starke Anziehungskraft des Loches sich messbar auf die Wellenlänge des von dem Stern ausgestrahlten Lichts auswirken. Genauer gesagt wird die Frequenz des Lichts verlangsamt, das Licht wird rötlicher. Diese so genannte Gravitationsrotverschiebung wurde nun mit Hilfe von Instrumenten der europäischen Südsternwarte (ESO) nachgewiesen.

Am Schwarzen Loch vorbei

Das Beobachtungsobjekt war der Stern S2, der in einer stark elliptischen Bahn unterwegs ist. Am 19. Mai 2018 erreichte der Stern den Punkt seiner Umlaufbahn, der dem Schwarzen Loch am nächsten ist. Der Abstand betrug dann zwar immer noch das 120-fache der Distanz zwischen Erde und Sonne, aber die Auswirkungen der Nähe waren enorm. Der Stern war auf seiner Bahn kurzzeitig mit mehr als 25 Millionen km/h, etwa drei Prozent der Lichtgeschwindigkeit, unterwegs. Wie von Einsteins Relativitätstheorie vorhergesagt, registrierten die Astronomen auf der Erde eine Gravitationsrotverschiebung.

"Das ist nach 2002 das zweite Mal, dass wir diesen Vorbeiflug von S2 am Schwarzen Loch im galaktischen Zentrum beobachtet haben. Aber dieses Mal hatten wir sehr viel bessere Instrumente und konnten den Stern mit nie zuvor erreichter Auflösung sehen", meint Reinhard Genzel vom Max Planck Institut für außerirdische Physik (MPE), der Leiter des internationalen Astronomenteams. Insgesamt waren Forscher aus acht verschiedenen Institutionen aus Deutschland, Frankreich und Portugal an dem Projekt beteiligt. "Wir haben uns jahrelang intensiv auf dieses Ereignis vorbereitet", meint Genzel. "Wir wollten das Beste machen aus dieser einzigartigen Chance, Effekte der allgemeinen Relativitätstheorie zu beobachten."

Torlinientechnik am Mond

Zur Beobachtung wurde das Very Large Telescope (VLT) der ESO am Berg Paranal im Norden Chiles eingesetzt. Alle vier großen Teleskope dieser Einrichtung wurden dafür gekoppelt. Gemeinsam erreichen sie eine enorm hohe Empfindlichkeit, um extrem kleine Bewegungen am Himmel zu erkennen. Zur Veranschaulichung: Wenn ein Astronaut am Mond eine Taschenlampe auf die Erde richten und um zehn Zentimeter schwenken würde, könnte man das auf der Erde mit dem VLT registrieren. Ein weiteres Beispiel: Würde am Mond ein Fußballspiel mit einem leuchten Ball ausgetragen, könnte man strittige Szenen auf der Torlinie vom VLT aus überprüfen.

Das Zentrum der Milchstraße, wo die Sternenpassage beobachtet wurde, ist allerdings 26.000 Lichtjahre entfernt. In Kilometer ausgedrückt wäre das eine 24 mit 16 Nullen hinten dran.

Weit aufgestoßene Türen

Bei der Pressekonferenz der ESO am Mittwoch präsentierte Frank Eisenhauer vom MPE eine Grafik, die zeigt, wie Einstein die Veränderung des Lichts prognostiziert hätte und wie es Isaac Newton, der das erste Gravitationsgesetz entwickelte, getan hätte. Laut Newton hätte es beim Vorbeiflug von S2 am Schwarzen Loch keine Veränderung des Lichts geben dürfen. Der erste erfolgreiche Test von Einsteins Theorie nahe einem supermassiven Schwarzen Loch stößt laut Eisenhauer "die Türen der Schwarzen-Loch-Physik weit auf". Bei Beobachtungen von Phänomenen rund um Schwarze Löcher wird man sich nun mehr denn je auf ein bestätigtes theoretisches Fundament stützen können.