Astronomen haben einen Stern entdeckt – diese Nachricht klingt in etwa so aufsehenerregend wie die vom Auffinden eines Sandkorns am Meer. Schließlich übersteigt Zahl der Sterne im beobachtbaren Universum die der Sandkörner an einem großen Strand, sagen wir dem entlang der Westküste Amrums, um mindestens das Hunderttausendfache. Allein in unserer Milchstraße gibt es so viele Sterne, dass sich selbst Astronomen nicht über jeden einzelnen freuen können.Über S301 aber haben sich seine Entdecker sehr gefreut. Das ist jedenfalls der Veröffentlichung in „Nature“ zu entnehmen, die sie darüber publiziert haben. Dieser Stern ist etwas Besonderes, allerdings nicht hinsichtlich seiner individuellen Natur. S301 ist ein sogenannter Hauptreihenstern, wie auch unsere Sonne einer ist, etwas weißer und heißer als diese und mit 1,4 bis 1,6 Sonnenradien etwas größer. Solche Sterne sind zwar vergleichsweise selten, trotzdem dürfte allein unsere Milchstraße um die sechs Milliarden Stück davon enthalten.Schon einmal wurde hier ein Stern berühmtNein, das Besondere ist der Ort, an dem S301 gefunden wurde: Er umkreist ein Objekt namens Sgr A* – ausgesprochen „Sagittarius A Stern“ –, das genau im Zentrum unserer spiralförmigen Galaxie sitzt und dort die Masse von 4,3 Millionen Sonnen auf ein Raumgebiet konzentriert, das in den Orbit der Venus passen würde. Ein derart kompaktes Objekt kann nur ein Schwarzes Loch sein. Es sind einige Dutzend Sterne bekannt, die das Schwarze Loch Sgr A* umkreisen – aber keiner kommt ihm dabei so nahe wie S301. Der Punkt seiner größten Annäherung an das Loch liegt bei etwa dem Zwölffachen des Abstands der Erde zur Sonne.Das ist weniger als der Bahnradius des Planeten Uranus um die Sonne und nur etwa ein Zehntel der Distanz, bis auf die sich ein anderer Stern namens S2 besagtem Schwarzen Loch höchstens nähert. Dieser S2 ist in Astronomenkreisen sehr berühmt, weil vor allem anhand seiner Bahn nachgewiesen werden konnte, dass Sgr A* zu kompakt ist, als dass es sich um etwas anderes handeln könnte als ein Echwarzes Loch.Mit der Macht der vier RiesenspiegelFür diesen Nachweis waren Reinhard Genzel vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching zusammen mit seiner amerikanischen Fachkollegin Andrea Ghez 2020 mit dem Nobelpreis geehrt worden. Ihnen und ihren Teams war es gelungen, S2 und seine Artgenossen im 26.000 Lichtjahre entfernten und vom interstellaren Staub verhangenen galaktischen Zentrum mit Instrumenten der modernen Infrarotastronomie über viele Jahre hinweg zu verfolgen. Genzel und mehrere andere Mitglieder der Infrarot-Gruppe des MPE sind auch unter den Autoren der aktuellen Veröffentlichung.Die Entdeckung von S301 verdankt sich der Weiterentwicklung nobelpreisgekrönter Beobachtungsmethoden, konkret dem Instrument GRAVITY am Verly Large Telescope der Europäischen Südsternwarte ESO auf dem Cerro Paranal in Chile. Dabei wird das Licht aus allen vier Hauptteleskopen des Observatoriums mit Spiegeldurchmessern von jeweils acht Metern zusammengeführt, was die Auflösung beträchtlich erhöht. „Was dem Einzelteleskop als ein Lichtfleck erscheint, ist für GRAVITY häufig aufgelöst in zwei, drei, vier Sterne“, erklärt Stefan Gillessen vom MPE, einer der Hauptautoren der aktuellen „Nature“-Veröffentlichung. Die Beobachtungen des Sterns S2, der siebzehn Jahre für eine Umrundung des Schwarzen Lochs benötigt, sei damals deswegen so gut möglich gewesen, weil er zugleich der hellste der Sterne dort ist.Raum und Zeit wie FlüssigkeitDer neu entdeckte Stern S301 ist hundertmal lichtschwächer als S2. Zugleich ist er unter den Trabanten von Sgr A* auch der mit der am stärksten in die Länge gezogenen Bahnellipse. Dadurch erreicht er bei seiner nächsten Annäherung eine Geschwindigkeit von 25.000 Kilometern pro Sekunde oder etwa acht Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Zusammen mit seiner Rekordnähe zu dem supermassiven Schwarzen Loch macht ihn das zu einem idealen Testteilchen zum Studium der Effekte der Allgemeinen Relativitätstheorie Albert Einsteins, der zufolge lokale Ansammlungen von Masse und Energie den Raum und die Zeit in ihrer Umgebung verzerren.Ein Effekt ist für die Entdecker des Sterns dabei von besonderem Interesse. Er wurde bereits 1918, drei Jahre nachdem Einstein seine Theorie vollendet hatte, von den Österreichern Josef Lense und Hans Thirring daraus abgeleitet. Demnach wirkt ein rotierender Massekörper auf die ihn umgebende Raumzeit, als wäre diese eine zähe Flüssigkeit, die von der Rotation des Objekts mitgezogen und dadurch gewissermaßen verrührt wird.Das hat Auswirkungen auf die Bahn eines Körpers, der diese rotierende Masse umkreist. Die ist im Allgemeinen eine Ellipse, deren Hauptachse nach der Einstein'schen Theorie auch dann nicht fest im Raum bliebe, wenn die zentrale Masse sich nicht um sich selbst drehen würde. Durch deren Eigenrotation, ihren Spin, erfährt sie aber noch eine zusätzliche Verschiebung, die sogenannte Lense-Thirring-Präzession. Wäre es nun möglich, diese bei S301 zu messen, könnte man daraus direkt den Spin des supermassiven Schwarzen Lochs SgrA* bestimmen – also wie seine Rotationsachse im Raum orientiert ist und wie schnell es rotiert.Der Spin Schwarzer Löcher ist physikalisch wie astrophysikalisch von großem Interesse. Physikalisch, weil seine Messung es erlaubt, die Gültigkeit der Einstein'schen Gleichungen in extremen Verhältnissen zu überprüfen. Der Lense-Thirring-Effekt um die rotierende Erde immerhin konnte 2011 mit dem Weltraumexperiment „Gravity Probe B“ zweifelsfrei nachgewiesen werden. Astrophysikalisch interessiert gerade der Spin supermassiver Schwarzer Löcher, da solche im Zentrum so ziemlich jeder Galaxie sitzen und mit ihrem Spin Einfluss auf ihre Umgebung nehmen können.Doch direkt messen lässt sich der Spin eines Schwarzen Lochs bislang nicht. Die zuverlässigsten Rückschlüsse kann man noch aus der Analyse von Gravitationswellen gewinnen, die solche Löcher abstrahlen, wenn sie miteinander verschmelzen. „Aber das ist ein viel komplexeres Modell, daher ist die Methode eher indirekt“, sagt Stefan Gillessen. Zudem seien solche Verschmelzungen ja keine wiederkehrenden Ereignisse. „Jede Quelle sieht man einmal, und dann nie wieder.“Theoretisch müsste sich die Eigenrotation eines supermassiven Schwarzen Lochs auch aus der Größe des Schattens ableiten lassen, den sein Schwerefeld vor dem Hintergrund einer leuchtenden Umgebung wirft. Im Falle von Sgr A* in unserer Milchstraße war ein Bild dieses Schattens 2022 durch einen weltweiten Verbund von Spezialteleskopen, dem „Event Horizon Telescope“ (EHT), aufgenommen worden. Aber für Rückschlüsse auf den Spin sei die Auflösung des EHT einfach nicht gut genug, erklärt Gillessen. „Darum plädiert das Team ja auch für eine Erweiterung im All, so dass die Auflösung nochmal deutlich höher würde.“Doch allein zur Bestimmung des Spins dürfte man diesen Aufwand nun nicht mehr betreiben. „Wir schätzen, innerhalb eines Jahrzehnts gibt es gute Chancen für eine direkte Messung des Spins von Sgr A* aus dem Orbit von S301“, schreiben Gillessen und Mitautoren in ihrer „Nature“-Veröffentlichung.Denn für einen Umlauf um das Schwarze Loch benötigt dieser Stern nur 8,7 Jahre. Entdeckt wurde er 2023, kurz nach seiner jüngsten Annäherung an Sgr A*. Die nächste wird also 2031 stattfinden, und dann dürfte in Chile voraussichtlich das Extremely Large Telescope (ELT) der ESO fertiggestellt sein, das mit einem Spiegeldurchmesser von fast vierzig Metern größte jemals gebaute astronomische Teleskop. Das ELT wird dann mit dem selbst hausgroßen Instrument MICADO ausgestattet sein, das am MPE in Garching entwickelt wurde. Damit spätestens wird sich an S301 messen lassen, wie das Schwarze Loch im Nabel der Galaxis die Raumzeit verrührt.