Mit dem Stern DESI-HVS1 gelang einem Team um den Astronomen Shunhong Deng von der University of Chinese Academy of Sciences ein Meilenstein in der Erforschung besonders schneller Sterne, der sogenannten Hyperschnellläufer (englisch: hypervelocity stars, HVSs). Er konnte als der erste Kandidat für einen Schnellläufer identifiziert werden, der ein hohes Alter sowie eine geringe Masse aufweist und dabei seinen Ursprung im galaktischen Zentrum zu haben scheint. Bisher waren bekannte Funde dieser Art vor allem junge, massereiche Sterne. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift »The Astrophysical Journal Letters« veröffentlicht.

Für ihre Untersuchung nutzte die Gruppe vor allem Daten der europäischen Astrometriemission Gaia und des Instruments DESI am Kitt Peak National Observatory in den USA. Die spektroskopischen Messungen mit diesem Instrument zeigen, dass DESI-HVS1 einen sehr geringen Anteil schwererer Elemente als Wasserstoff und Helium enthält; seine Metallizität ist vergleichbar mit derjenigen von Sternen im galaktischen Halo. Daraus lässt sich eine Vielzahl physikalischer Parameter des Sterns ableiten: DESI-HVS1 ist ein Stern des Spektraltyps F mit nur 0,76 Sonnenmassen und einer Oberflächentemperatur von knapp 6000 Grad Celsius. Sein Alter wird auf beachtliche 14,1 Milliarden Jahre geschätzt.

Eine Reise ohne Wiederkehr

Kombiniert mit den hochpräzisen Messungen des Satelliten Gaia konnte das Team auch die räumliche Position und Geschwindigkeit des Sterns bestimmen. DESI-HVS1 befindet sich demnach etwa 24 800 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt und bewegt sich mit mehr als 500 Kilometern pro Sekunde relativ dazu. Von uns aus gesehen steht er im nördlichen Sternbild Dreieck. Mit einer »Höhe« von mehr als 9000 Lichtjahren über der Ebene der galaktischen Scheibe liegt er – angesichts deren Dicke von wenigen Tausend Lichtjahren – bereits deutlich außerhalb von dieser. Seine Geschwindigkeit entspricht ungefähr der lokalen Fluchtgeschwindigkeit des Milchstraßensystems, und die Wahrscheinlichkeit, dass seine aktuelle Bahn ihn somit durch den Halo und aus dem gravitativen Einflussgebiet unserer Galaxis führen wird, schätzt die Gruppe immerhin auf circa 50 Prozent.

Sehr wahrscheinlich war DESI-HVS1 in der Vergangenheit sogar noch schneller, denn wie bei den meisten der galaktischen HVS-Kandidaten vermutet man auch bei DESI-HVS1 einen Ursprung im galaktischen Zentrum. Das legen umfangreiche Simulationen des Orbits nahe. Vermutlich hatte er vor etwa 12,9 Millionen Jahren in einer Entfernung von rund 1300 Lichtjahren seine größte Annäherung an das galaktische Zentrum – die ballistische Bahnkurve spricht zudem für eine einmalige Annäherung. Daraus leitet das Team eine Auswurfgeschwindigkeit von 682 Kilometern pro Sekunde ab. Das deutet wiederum stark auf den Hills-Mechanismus als Ursache der Beschleunigung hin. Bei ihm führt die Wechselwirkung eines Doppelsternsystems mit einem extrem massereichen Schwarzen Loch dazu, dass ein Stern eingefangen und der andere mit enormer Geschwindigkeit herausgeschleudert wird.

Fehlendes Puzzlestück

Bisher sind lediglich ein paar Dutzend Hyperschnellläufer bestätigt. Nur bei einem Teil davon lässt sich der Ursprung im galaktischen Zentrum sicher nachweisen – zu groß sind die Unsicherheiten bei der Bestimmung von ihrer Entfernung und Bewegung (siehe »Herkunft unklar«). Eine Ausnahme darunter ist S5-HVS1, ein massereicher, junger Stern des Spektraltyps A, der mit einer atemberaubenden Geschwindigkeit von mehr als 1700 Kilometern pro Sekunde aus der Galaxis rast. Seine Bahn deutet zweifelsfrei auf einen Ursprung im galaktischen Zentrum hin (siehe »Hyperschnellläufer entflieht der Galaxis«).

Die bisher bekannten Kandidaten gehören fast alle in dieselbe Kategorie: jung, massereich und metallreich. Alte, masse- und metallarme Sterne fehlten in dieser Population bislang vollständig. Sie konnten nur in den äußeren Bereichen des Milchstraßensystems identifiziert werden, ohne Bezug zum galaktischen Zentrum.

Das erscheint insbesondere erstaunlich, da aufgrund des von massereichen Sternen dominierten galaktischen Zentrums eine Vielzahl alter, massearmer Ausreißer von dort aus erwartet würde. Mit DESI-HVS1 hat das Team um Deng nun erstmals einen starken Hinweis auf genau einen solchen Fall erbracht. Möglicherweise, so die Gruppe, liegt das in Beobachtungskampagnen zahlenmäßige Defizit dieser Sterne schlicht an ihrer geringen Leuchtkraft – es könnte demnach lediglich ein Selektionseffekt sein.

Ganz gesichert ist die Interpretation von DESI-HVS1 allerdings noch nicht. Eine Herkunft aus einem Kugelsternhaufen oder aus den Überresten der Gaia-Sausage-Enceladus-Verschmelzung, einer zwischen acht bis elf Milliarden Jahre zurückliegenden Kollision unseres Milchstraßensystems mit einer massereichen Zwerggalaxie, lässt sich noch nicht zur Gänze ausschließen. Dennoch könnte der Stern ein Indiz dafür sein, dass im Halo der Milchstraße weit mehr alte Hyperschnellläufer aus dem Zentrum unserer Galaxis verborgen sind als bislang vermutet. Große Hoffnungen setzt das Team daher in zukünftige Datenveröffentlichungen wie den Gaia Data Release 4 (DR4) am 2. Dezember 2026, der auf einem wesentlich längeren Beobachtungszeitraum als seine Vorgänger basiert und deutlich präzisere Positions- und Bewegungsdaten liefert.