Stern S4716 umkreist das galaktische Zentrum. (Peissker et al., ApJ, 2022) Ein neu entdeckter Stern ist so nah am zentralen Supermassereich unserer Galaxie schwarzes Loch dass es eine Umlaufbahn in nur vier Jahren absolviert.
Das ist die bisher kürzeste Umlaufbahn für einen der Sterne, der den Sagittarius A* umkreist. Es handelt sich um eine ovale Reise um das Schwarze Loch, die den Stern auf Umlaufgeschwindigkeiten von über 2,5 Prozent der Lichtgeschwindigkeit bringt.
Die Entdeckung liefert faszinierende neue Informationen über die seltsame Dynamik im Zentrum der Milchstraße.
Obwohl unser galaktisches Zentrum im Vergleich zu anderen Galaxien ziemlich ruhig ist, ist die Umgebung um Sgr A* ein extremer Ort. Das Schwarze Loch ist ein Monster, es hat etwa die vier Millionen Sonnenmasse. Bevor Astronomen seine Existenz mit bestätigten ein direktes Bild , Wissenschaftler folgerten auf seine Anwesenheit und berechneten daraus seine Masse ein Stern, der sich in einer Umlaufbahn um Sgr A* befindet .
Dieser Stern namens S2 ist nur einer aus einer Gruppe von Sternen, die als S-Sterne bekannt sind und langen, scharf elliptischen Umlaufbahnen um Sgr A* folgen, wobei sich das Schwarze Loch an einem Ende der Ellipse befindet. Das Ende, an dem der Stern dem Schwarzen Loch am nächsten ist, ist Periapse , und die Art und Weise, wie Sterne ihre Geschwindigkeit ändern, wenn sie sich in die Periapse hinein und aus dieser heraus bewegen, ist eines der Werkzeuge, die dabei geholfen haben, das Schwarze Loch zu „wiegen“.
Aber S2 ist bei weitem nicht der einzige Star auf der Party.
Ein Team von Astrophysikern unter der Leitung von Florian Peissker an der Universität zu Köln hat nachgeschaut, was sie sonst noch in dieser seltsamen Hochgeschwindigkeits-Schatzgrube finden könnten.
„S2 verhält sich wie eine große Person, die im Kino vor einem sitzt: Es versperrt einem den Blick auf das Wesentliche.“ Peissker erklärte . „Der Blick in das Zentrum unserer Galaxie wird daher oft durch S2 verdeckt.“ Allerdings können wir in kurzen Augenblicken die Umgebung des zentralen Schwarzen Lochs beobachten.“
Die Umlaufbahnen mehrerer S-Sterne im galaktischen Zentrum. (Peissker et al., ApJ, 2022)
Forscher entdeckten diesen Stern mit dem Namen S4716 dank der Weiterentwicklung der Beobachtungs- und Analysetechniken. Es war deutlich in den Daten von fünf verschiedenen Instrumenten auf seiner halsbrecherischen Umlaufbahn um Sgr A* zu sehen.
Das Team berechnete, dass seine Periapse etwa 15 Milliarden Kilometer (9,3 Milliarden Meilen) vom supermassiven Schwarzen Loch entfernt war, etwa das Hundertfache der Entfernung zwischen Erde und Sonne. Bei seiner Annäherung und Eintritt in die Periapse erreicht der Stern eine Geschwindigkeit von etwa 8.000 Kilometern (4.970 Meilen) pro Sekunde.
Das ist weder der nächstgelegene noch der schnellste S-Stern im galaktischen Zentrum. Diese Ehre gebührt einem Stern namens S4714, auch von Peissker und seinen Kollegen entdeckt , was Sgr A* mit 1,9 Milliarden Kilometern nahe kommt und Geschwindigkeiten von bis zu 24.000 Kilometern pro Sekunde erreicht.
Allerdings hat S4714 eine Umlaufzeit von 12 Jahren. S4716 hat mit seiner vierjährigen Umlaufbahn von allen bisher entdeckten S-Sternen die kürzeste mittlere Entfernung zum Schwarzen Loch während seiner gesamten Umlaufbahn.
„Dass sich ein Stern in der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs in einer so engen und schnellen stabilen Umlaufbahn befindet, war völlig unerwartet und markiert die Grenze, die mit herkömmlichen Teleskopen beobachtet werden kann.“ sagte Peissker .
Die Entdeckung räumt mit mehreren Kuriositäten früherer Beobachtungen auf, die anderen S-Sternen zugeschrieben wurden. Allerdings stellt S4716 ein neues Rätsel dar: Es ist nicht ganz klar, wie es dorthin gelangt ist. Die Forscher sagten, dass die Lösung dieses Problems möglicherweise noch mehr Arbeit erfordern würde.
„Die kurzzeitige, kompakte Umlaufbahn von S4716 ist ziemlich rätselhaft“, sagte der Astrophysiker Michael Zajaček der Masaryk-Universität in Tschechien.
„In der Nähe des Schwarzen Lochs können sich nicht so leicht Sterne bilden.“ „S4716 musste sich nach innen bewegen, beispielsweise indem es sich anderen Sternen und Objekten im S-Cluster näherte, was dazu führte, dass seine Umlaufbahn deutlich schrumpfte.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal .