Discovery of a star sensitive to the spin of Sgr A*
Diese Arbeit berichtet über die Entdeckung eines schwachen Hauptreihensterns, S301, auf einer hochexzentrischen 8,7-jährigen Umlaufbahn um Sgr A* mit einer Spitzengeschwindigkeit von 25.000 km/s, wodurch seine Bewegung die erste ist, die direkt empfindlich gegenüber dem Spin des Schwarzen Lochs innerhalb aktueller und zukünftiger Beobachtungsmöglichkeiten ist.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Stellen Sie sich das Zentrum unserer Milchstraße als kosmische Tanzfläche vor, und genau in der Mitte sitzt der DJ: ein supermassereiches Schwarzes Loch namens Sgr A*. Jahrelang haben Astronomen einige „Sterne“ (Tänzer) beobachtet, die um diesen DJ wirbeln, um zu verstehen, wie er funktioniert. Der berühmteste Tänzer, ein Stern namens S2, war der Hauptfokus, aber er ist ein wenig zu weit außen auf der Tanzfläche, um die tiefsten Geheimnisse des DJs zu spüren.
Ein Team von Astronomen hat mit dem GRAVITY-Instrument, einem super-scharfen Auge, einen neuen, viel schwächeren Tänzer namens S301 entdeckt. Diese Entdeckung ist eine große Sache, denn S301 vollführt etwas, das S2 niemals tut: Er taucht unglaublich nah an das Schwarze Loch heran und erreicht dabei Geschwindigkeiten von 25.000 km/s (das sind 8,5 % der Lichtgeschwindigkeit!) an seinem engsten Punkt.
Die Hauptentdeckung: Ein Stern, der den Spin spürt
Die Arbeit berichtet, dass S301 auf einer engen, 8,7-jährigen Umlaufbahn ist. Da er so nah herankommt – nur etwa 136 bis 142 Mal die Größe des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs (bekannt als Schwarzschild-Radien) – reagiert er auf einen spezifischen, kniffligen Effekt, der durch den Spin des Schwarzen Lochs verursacht wird.
Stellen Sie sich das Schwarze Loch wie einen riesigen, rotierenden Kreisel vor. In Einsteins Gravitationstheorie sitzt ein rotierender Kreisel nicht einfach nur da; er zieht den Stoff von Raum und Zeit mit sich herum, wie ein Löffel, der Honig rührt. Dies wird als Lense-Thirring-Effekt (oder Frame-Dragging) bezeichnet.
- S2 ist zu weit entfernt, um dieses „Rühren“ noch stark genug zu spüren, um es zu messen.
- S301 hingegen taucht direkt in das Wirbelgeschehen ein. Die Autoren schlagen vor, dass wir durch die Beobachtung von S301 über etwa ein Jahrzehnt mit aktuellen und zukünftigen Teleskopen den Spin von Sgr A* endlich direkt messen könnten. Es ist, als würde man endlich das Summen des Plattenspielers des DJs hören, weil man direkt neben den Lautsprechern steht.
Was S301 ist (und was er nicht ist)
Das Paper stellt sehr klar klar, was S301 nicht ist:
- Er ist kein riesiger, aufgeblähter Stern. Wäre er das, hätten die Gezeitenkräfte des Schwarzen Lochs ihn zerfetzt, als er so nah herankam.
- Er ist kein mysteriöses, unbekanntes Objekt. Basierend auf seiner Helligkeit (Magnitude mK = 19,3) berechnen die Autoren, dass es sich um einen Hauptreihenstern handelt, wahrscheinlich eines Typs F1.5 (ein wenig wie unsere Sonne, aber etwas heißer und blauer), mit einer Masse von weniger als 1,5 Sonnenmassen.
Die Autoren schließen zudem explizit aus, dass S301 einer der „kurzperiodischen“ Sterne ist, die von anderen Teams in den letzten Jahren behauptet wurden (wie S4711 oder ein anderer, ebenfalls S62 genannter Stern). Sie haben die Daten überprüft und festgestellt, dass diese anderen behaupteten Sterne andere Orbits, andere Bewegungsrichtungen oder existieren in den hochauflösenden Bildern von GRAVITY schlichtweg nicht. S301 ist eine echte, neue Entdeckung.
Wie ist er dorthin gelangt? Der „Hills“-Aufbruch
Man könnte sich fragen: Wie ist ein Stern so nah an ein Schwarzes Loch gelangt, ohne gefressen zu werden? Das Paper deutet auf eine dramatische Entstehungsgeschichte hin, die den Hills-Mechanismus beinhaltet.
Stellen Sie sich ein Doppelsternsystem vor (zwei Sterne, die gemeinsam tanzen), das zu nah an das Schwarze Loch gerät. Die Gravitation des Schwarzen Lochs ist so stark, dass sie das Paar auseinanderreißt. Ein Stern wird mit hoher Geschwindigkeit aus der Galaxie geschleudert (ein Hypergeschwindigkeitsstern), während der andere eingefangen und in eine enge, hochelliptische Umlaufbahn geworfen wird.
- S301s Orbit ist extrem gestreckt, mit einer Exzentrizität von 0,9832 (fast eine perfekte Linie). Diese extreme Form ist genau das, was man von einem Stern erwarten würde, der gerade durch einen binären Aufbruch eingefangen wurde.
- Die Autoren legen nahe, dass das ursprüngliche Doppelsternsystem sehr eng war, wobei die beiden Sterne alle 5 bis 20 Tage umeinander kreisten, bevor das Schwarze Loch intervenierte.
Wie sicher sind wir?
Die Autoren sind sehr zuversichtlich bezüglich der Existenz von S301 und seines Orbits. Sie verfügen über 19 astrometrische Positionen (Schnappschüsse, wo sich der Stern befindet), die sich von 2017 bis 2025 erstrecken und die perfekt zu einer elliptischen Bahn zusammenpassen. Sie haben ihn sogar „post-diktiert“ (in der Vergangenheit gefunden) in Daten aus den Jahren 2017 und 2021, was bestätigt, dass es sich nicht nur um einen zufälligen Fehler handelte.
Es gibt jedoch ein paar Dinge, auf die sie noch warten:
- Die Messung des Spins: Sie haben den Spin noch nicht gemessen. Sie haben zukünftige Beobachtungen (bis zum Jahr 2035) simuliert und festgestellt, dass es eine „gute Chance“ gibt, den Spin mit hoher Präzision zu messen, wenn sie S301 weiter beobachten. Es ist ein Versprechen für die Zukunft, kein heute bereits gelöstes Rätsel.
- Radialgeschwindigkeit: Sie verfügen noch nicht über eine spektroskopische Messung dessen, wie schnell sich der Stern auf uns zu oder von uns weg bewegt. Die aktuellen Daten sind für ihre derzeitigen Instrumente zu schwach, aber das zukünftige ELT/MICADO-Teleskop sollte in der Lage sein, dies zu sehen.
- Ursprung: Während die Geschichte vom „binären Aufbruch“ perfekt zu den Daten passt, ist dies eine Vermutung, die auf dem extremen Orbit des Sterns und der Physik der Region basiert. Es wurde nicht mit einer Zeitmaschine bewiesen, aber es ist die logischste Erklärung, die die Autoren anbieten.
Das Fazleit
S301 ist ein winziger, schneller Hauptreihenstern auf einem rekordverdächtigen, 8,7-jährigen Orbit um das Zentrum der Milchstraße. Er ist der erste Stern, von dem wir wissen, dass er nah genug herankommt, um den Spin des Schwarzen Lochs zu spüren. Auch wenn wir diesen Spin noch nicht gemessen haben, ist S301 der Schlüssel, der die Tür im nächsten Jahrzehnt aufschließen wird, um eine theoretische Vorhersage in eine reale Messung zu verwandeln. Es ist ein neues Kapitel in unserem Verständnis darüber, wie Schwarze Löcher rotieren und wie sie die Sterne einfangen, die um sie herum tanzen.
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