Astronomen wissen seit einiger Zeit, dass ein Stern ziemlich nahe am Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxie umkreist. Die Astronomin Andrea Ghez von der UCLA sagt, dass die Fähigkeit, diese beiden Sterne in einem kurzzeitigen „Tango“ um das Schwarze Loch zu beobachten, den Wissenschaftlern helfen wird, die Auswirkungen der Raum-Zeit-Krümmung zu messen, und sie sollten in der Lage sein, festzustellen, ob Albert Einstein Recht hatte seine Vorhersage, wie Schwarze Löcher Raum und Zeit verzerren könnten.
"Ich freue mich außerordentlich, zwei Sterne zu finden, die das supermassereiche Schwarze Loch unserer Galaxie in weniger als einem menschlichen Leben umkreisen", sagte Ghez. „Es ist der Tango [dieser Sterne], der zum ersten Mal die wahre Geometrie von Raum und Zeit in der Nähe eines Schwarzen Lochs offenbart. Diese Messung kann nicht mit einem Stern allein durchgeführt werden. “
Es gibt fast 3.000 Sterne, die etwas in der Nähe des Schwarzen Lochs umkreisen, und die meisten von ihnen haben Umlaufbahnen von 60 Jahren oder länger.
Der bisher bekannte Nahstern S0-2 umkreist das Schwarze Loch alle 15,5 Jahre. Und jetzt umkreist der neu gefundene Stern namens S0-102 das Schwarze Loch in flammenden 11,5 Jahren, der kürzesten bekannten Umlaufbahn eines Sterns in der Nähe dieses Schwarzen Lochs.
Rekonstruktion der Umlaufbahnen zweier Sterne - S0-2 und S0-102 - in der Nähe des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße. (Die Umlaufbahnen anderer Sterne sind ebenfalls durch schwächere Linien dargestellt.) Der Hintergrund ist ein echtes hochauflösendes Infrarotbild der Region. Bildnachweis: Andrea Ghez et al./UCLA/Keck
Auf die gleiche Weise, wie Planeten um die Sonne kreisen, befinden sich S0-102 und S0-2 jeweils in einer elliptischen Umlaufbahn um das zentrale Schwarze Loch. Ghez sagte, dass die Planetenbewegung in unserem Sonnensystem vor 300 Jahren der ultimative Test für Newtons Gravitationstheorie war, und jetzt wird die Bewegung von S0-102 und S0-2 der ultimative Test für Einsteins allgemeine Relativitätstheorie sein, die die Gravitation als beschreibt eine Folge der Krümmung von Raum und Zeit.
"Das Aufregende daran, Sterne durch ihre gesamte Umlaufbahn laufen zu sehen, ist nicht nur, dass man beweisen kann, dass ein Schwarzes Loch existiert, sondern dass man auch die erste Gelegenheit hat, die Grundlagenphysik anhand der Bewegungen dieser Sterne zu testen", sagte Ghez. "Das Zeigen, dass es in einer Ellipse herumläuft, liefert die Masse des supermassiven Schwarzen Lochs. Wenn wir jedoch die Genauigkeit der Messungen verbessern können, können wir Abweichungen von einer perfekten Ellipse erkennen - was die Signatur der allgemeinen Relativitätstheorie ist."
Wenn sich die Sterne ihrer nächsten Annäherung nähern, wird ihre Bewegung durch die Krümmung der Raumzeit beeinflusst, und das Licht, das von den Sternen zu uns gelangt, wird verzerrt sein, sagte Ghez.
S0-2, das 15-mal heller als S0-102 ist, wird sich 2018 dem Schwarzen Loch am nächsten nähern. S0-102 nähert sich 2021 am nächsten, sodass das Team diese Sterne im Auge behalten wird werde verlockend nah, aber nicht nah genug, um angesaugt zu werden, sagte Ghez.
Ghez und ihre Kollegen beobachten seit 1995 S0-2. Im Jahr 2000 berichteten sie und ihr Team erstmals, dass Astronomen gesehen hatten, wie sich Sterne um das supermassereiche Schwarze Loch beschleunigten. Ihre Forschung zeigte, dass drei Sterne um mehr als 250.000 Meilen pro Stunde pro Jahr beschleunigt hatten, als sie das Schwarze Loch umkreisten. Die Geschwindigkeit von S0-102 und S0-2 sollte bei ihrer nächsten Annäherung ebenfalls um mehr als 250.000 Meilen pro Stunde beschleunigen, sagte Ghez.
"Die Tatsache, dass wir Sterne finden können, die so nahe am Schwarzen Loch liegen, ist phänomenal", sagte Ghez. „Jetzt ist es ein völlig neues Ballspiel, was die Art der Experimente betrifft, die wir durchführen können, um zu verstehen, wie Schwarze Löcher im Laufe der Zeit wachsen, welche Rolle supermassive Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien spielen und ob Einsteins allgemeine Relativitätstheorie in der Nähe von a gültig ist Schwarzes Loch, wo diese Theorie noch nie getestet wurde. Es ist aufregend, jetzt die Möglichkeit zu haben, dieses Fenster zu öffnen. "
Die Forschung wurde mit den Keck-Teleskopen durchgeführt. Das Papier des Teams wurde am 5. Oktober in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
Quelle: UCLA
Bildunterschrift: Die Teleskope Keck I und Keck II konzentrieren sich auf zwei Sterne, die das Schwarze Loch der Milchstraße umkreisen. Bildnachweis im Hintergrund: Dan Birchall / Subaru Telescope auf Mauna Kea, Hawaii. Die von Professor Andrea Ghez und ihrem Forschungsteam an der UCLA erstellte Überlagerung stammt aus Datensätzen, die mit den W. M. Keck-Teleskopen erhalten wurden.
