Im Herzen der Milchstraße hat ein internationales Team den schnellsten bislang bekannten Stern der Galaxie aufgespürt. Das Objekt mit der Bezeichnung S301 umkreist das zentrale Schwarze Loch Sagittarius A* auf einer extrem engen Bahn und erreicht bei seiner größten Annäherung mehr als acht Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Damit kommt es dem Giganten näher als jedes zuvor beobachtete Objekt. Aus dieser außergewöhnlichen Nähe ergibt sich eine seltene Chance, denn erstmals rückt die Rotation des Schwarzen Lochs selbst in Reichweite einer direkten Messung. Für die Überprüfung von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie eröffnet sich damit ein völlig neues Fenster.
Im Zentrum unserer Galaxie sitzt mit Sagittarius A* ein supermassereiches Schwarzes Loch von rund vier Millionen Sonnenmassen. Um dieses Schwerkraftzentrum kreist eine Gruppe von Sternen, die sogenannten S-Sterne, deren Bahnen Astronominnen und Astronomen seit Jahrzehnten mit wachsender Präzision verfolgen. Je näher ein solcher Stern dem Schwarzen Loch kommt, desto extremer werden die physikalischen Bedingungen und desto stärker treten Effekte hervor, die sich nur mit Einsteins Gravitationstheorie erklären lassen. In der Alltagswelt genügt die klassische Physik, um Bahnen zu berechnen, doch in der unmittelbaren Umgebung eines Schwarzen Lochs reicht sie nicht mehr aus. Dort krümmt die enorme Masse die Raumzeit so stark, dass sich Bahnen verschieben und Zeitabläufe verändern. Genau diese Randbedingungen machen das galaktische Zentrum zu einem einzigartigen Labor für die Grundlagen der Physik.
Der neu vermessene Stern sprengt dabei alle bisherigen Rekorde. Nachgewiesen wurde S301 mit dem Very Large Telescope Interferometer der Europäischen Südsternwarte in Chile, das das Licht von vier 8-Meter-Teleskopen zu einem virtuellen Instrument mit vielfach höherer Auflösung zusammenschaltet. Erst dieses Verfahren erlaubte es, ein Objekt aufzuspüren, das am Himmel etwa zwei Milliarden Mal schwächer leuchtet als der bekannte Riesenstern Beteigeuze. Seit dem Frühjahr 2023 wird die Bahn kontinuierlich verfolgt, und die Forschenden konnten den Weg von S301 bis ins Jahr 2017 zurückverfolgen. Dabei zeigte sich, dass der Stern seine bislang engste Annäherung an das Schwarze Loch Anfang 2023 durchlief. Aus der Kombination dieser Daten ergibt sich ein außergewöhnlich präzises Bild einer Bahn, wie sie so noch nie beobachtet wurde.
Bei seiner größten Annäherung erreicht S301 eine Geschwindigkeit von rund 25.000 Kilometern pro Sekunde. Das ist etwa 100.000-mal schneller als ein Verkehrsflugzeug und entspricht mehr als acht Prozent der Lichtgeschwindigkeit, womit S301 als schnellster Stern der Milchstraße gilt. Für einen vollständigen Umlauf um Sagittarius A* benötigt er lediglich 8,7 Jahre, die kürzeste bekannte Umlaufzeit aller S-Sterne. Im Punkt der größten Nähe zieht der Stern in einem Abstand von nur etwa 1,78 Milliarden Kilometern am Schwarzen Loch vorbei. Das entspricht ungefähr dem zwölffachen Abstand zwischen Erde und Sonne und damit in etwa der Entfernung, in der Saturn die Sonne umkreist. Wie das Team in einer in Nature veröffentlichten Studie berichtet, ist eine solche Bahn ohne bekanntes Vorbild.
Die extreme Nähe macht S301 zum ersten Stern, mit dem sich die Rotation eines Schwarzen Lochs direkt bestimmen lassen könnte. Nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie zieht ein rotierendes Schwarzes Loch die umgebende Raumzeit mit sich und verdrillt sie, ein Effekt, der die Bahnen naher Sterne messbar verändert und umso stärker wird, je näher ein Objekt heranrückt. Die Forschenden hoffen, den sogenannten Spin von Sagittarius A* innerhalb des kommenden Jahrzehnts zu ermitteln, wobei die nächste engste Annäherung für 2031 erwartet wird. Erst die Beobachtung von mindestens zwei vollständigen Umläufen erlaubt eine ausreichend präzise Eingrenzung der Bahn. Bislang lieferten unterschiedliche Verfahren stark schwankende Werte dafür, wie schnell das Schwarze Loch der Milchstraße rotiert, weshalb eine direkte Messung ein zentraler Test für Einsteins Theorie wäre.
Die Bahneigenschaften von S301 verraten zugleich etwas über seine Herkunft, denn so dicht am Schwerkraftzentrum können Sterne nicht entstehen. Als wahrscheinlichste Erklärung gilt, dass S301 ursprünglich Teil eines Doppelsternsystems war, das durch die Gezeitenkräfte von Sagittarius A* zerrissen wurde. Bei diesem Prozess fing die Schwerkraft des Schwarzen Lochs den einen Stern ein, während sein Begleiter mit hoher Geschwindigkeit fortgeschleudert wurde, vermutlich schnell genug, um die Galaxie zu verlassen. Dass ein Schwarzes Loch ganze Sterne zerreißen kann, ist beobachtet, im Fall von S301 aber besonders folgenreich. Künftige Beobachtungen mit dem modernisierten Instrument GRAVITY+ und später mit dem Extremely Large Telescope sollen die Bahn über das kommende Jahrzehnt hinweg mit höchster Genauigkeit verfolgen. An der Entdeckung beteiligt war unter anderem der Nobelpreisträger Reinhard Genzel vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik.
Nature, Discovery of a star sensitive to the spin of Sgr A*; doi:10.1038/s41586-026-10894-w