Bereits Kunde? Jetzt einloggen.
Lesezeit ca. 25 Min.

ASTRONOMIE: INS HERZ DER FINSTERNIS


Spektrum der Wissenschaft - epaper ⋅ Ausgabe 7/2019 vom 22.06.2019

Lange waren Schwarze Löcher etwas, was man nur mit Formeln begreifbar machen konnte. Nun haben Astrophysiker eines der Massemonster mit Teleskopen abgelichtet. Ein Bild für die Geschichtsbücher – und der vorläufige Höhepunkt einer langen Reise.


Artikelbild für den Artikel "ASTRONOMIE: INS HERZ DER FINSTERNIS" aus der Ausgabe 7/2019 von Spektrum der Wissenschaft. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: Spektrum der Wissenschaft, Ausgabe 7/2019

Robert Gast ist Physiker und Redakteur beiSpektrum .

spektrum.de/artikel/1647844

Weiterlesen
epaper-Einzelheft 5,99€
NEWS 14 Tage gratis testen
Bereits gekauft?Anmelden & Lesen
Leseprobe: Abdruck mit freundlicher Genehmigung von Spektrum der Wissenschaft. Alle Rechte vorbehalten.

Mehr aus dieser Ausgabe

Titelbild der Ausgabe 7/2019 von SPEKTROGRAMM: Täglich aktuelle Nachrichten auf Spektrum.de. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
SPEKTROGRAMM: Täglich aktuelle Nachrichten auf Spektrum.de
Titelbild der Ausgabe 7/2019 von MEDIZIN: GENTHERAPIE GEGEN HÖRSCHÄDEN. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
MEDIZIN: GENTHERAPIE GEGEN HÖRSCHÄDEN
Titelbild der Ausgabe 7/2019 von GENTHERAPIE: BESSERE VERPACKUNG FÜR DNA-PAKETE. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
GENTHERAPIE: BESSERE VERPACKUNG FÜR DNA-PAKETE
Titelbild der Ausgabe 7/2019 von FORSCHUNG AKTUELL: Täglich aktuelle Nachrichten auf Spektrum.de. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
FORSCHUNG AKTUELL: Täglich aktuelle Nachrichten auf Spektrum.de
Titelbild der Ausgabe 7/2019 von SPRINGERS EINWÜRFE: HIERARCHIEN IM HIRN. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
SPRINGERS EINWÜRFE: HIERARCHIEN IM HIRN
Titelbild der Ausgabe 7/2019 von ARCHÄOLOGIE: DIE NADEL IM KNOCHENHAUFEN. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
ARCHÄOLOGIE: DIE NADEL IM KNOCHENHAUFEN
Vorheriger Artikel
ARCHÄOLOGIE: DIE NADEL IM KNOCHENHAUFEN
aus dieser Ausgabe
Nächster Artikel SCHLICHTING!: GEFÄHRLICHE SCHRÄGLAGE
aus dieser Ausgabe


EHT COLLABORATION (WWW.ESO.ORG/PUBLIC/GERMANY/IMAGES/ESO1907A/) / CC BY 4.0 (CREATIVECOMMONS.ORG/LICENSES/BY/4.0/LEGALCODE)

► Am Ende ist das Wetter so gnadig wie seit Jahren nicht mehr. Uberall ist die Sicht klar: in der marshaften Einode der chilenischen Anden, auf dem Gipfel eines erloschenen mexikanischen Vulkans, an einem uberwachsenen Bergkamm in Arizona, in der spanischen Sierra Nevada, auf dem Mauna Kea in Hawaii und am Sudpol. Erst zogern die Wissenschaftler noch, dann gibt einer von ihnen das Startsignal – und an jedem der Standorte schwenken haushohe Teleskopschusseln in Position.

Eines ihrer Ziele an diesem Apriltag des Jahres 2017: ein aberwitzig kleiner Fleck im Sternbild Schutze. Astronomen vermuten dort, im 26 000 Lichtjahre entfernten Mittelpunkt unserer Galaxie, seit Langem ein Schwarzes Loch namens Sagittarius A*. Schatzungen zufolge ist es 4,3 Millionen Mal so schwer wie unsere Sonne. Es ist der Ort, um den sich die spiralformigen Arme der Milchstrase drehen. Zugleich ist es ein Symbol fur die Grenze des Wissens unserer Zivilisation: Noch nie haben Menschen ein Schwarzes Loch gesehen. Bisher konnten sie immer nur indirekt auf die Existenz der bizarren Objekte schliesen.

Uber Stunden behalten die rund um den Globus verteilten Parabolantennen die Region im Blick. Immer wieder spahen sie auch ins Zentrum einer anderen Galaxie namens M87, die im Sternbild Jungfrau am Nachthimmel steht und in deren Herzen sich ein noch viel gewaltigeres Schwarzes Loch versteckt halten soll.

AUF EINEN BLICK: DER SCHATTEN DES MONSTERS

1 Durch einen Zusammenschluss von acht Radioteleskop- Observatorien haben Astrophysiker erstmals die Umrisse eines supermassereichen Schwarzen Lochs ≫fotografiert≪.

2 Die Aufnahme zeigt das Exemplar im Herzen der 55 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M87, das so schwer ist wie 6,5 Milliarden Sonnen.

3 Astrophysiker in aller Welt haben zwei Jahrzehnte auf das Bild hingearbeitet – dabei sah es immer wieder so aus, als konnte das Projekt scheitern.

Funf Tage dauert die Beobachtung durch den Teleskopverbund, den die Wissenschaftler Event Horizon Telescope (EHT) getauft haben. 3300 Terabyte an Daten zeichnen die acht Observatorien in dieser Zeit auf – viel zu viel, um sie per Internet zu ubertragen. Also packen die Forscher rund 1000 Festplatten in gepolsterte Boxen und lassen sie nach Boston und Bonn fliegen, zur Auswertung.

Zwei Jahre spater, am 10. April 2019, gibt es endlich ein Ergebnis: Auf nicht weniger als sechs Pressekonferenzen hat das internationale Team aus gut 200 Wissenschaftlern eine Aufnahme des EHT prasentiert. Es zeigt nur einen verwaschenen roten Ring vor dunklem Hintergrund (siehe Aufnahme S. 42/43). Aber die Forscher sind sich sicher: Hier ist das Schwarze Loch im Zentrum der fernen Galaxie M87 zu sehen – oder besser gesagt seine Umrisse.

So ikonisch wie der »Pale Blue Dot«

Fur manchen Forscher ist es eine Aufnahme, die man in eine Reihe mit dem ikonischen ≫Pale Blue Dot≪ aus dem Jahr 1990 stellen sollte. Das Bild zeigte die Erde als winzigen blauen Punkt in den Weiten des Alls, aufgenommen von der Raumsonde Voyager 1. Schaut, wie zerbrechlich unsere Heimat ist, schien das Foto zu sagen. Die Aufnahme des Event Horizon Telescope hat eine ahnlich gewichtige Botschaft. Doch statt einer Oase des Lebens zeigt sie einen Ort grostmoglicher Vernichtung. Es ist gewissermasen das Gegenteil der stabilen Biosphare, die wir auf der Erde fur selbstverstandlich nehmen.

Dafur spricht jedenfalls alles, was Wissenschaftler uber Schwarze Locher wissen. Das Exemplar im Zentrum von M87 bringt unvorstellbare 13 000 Billionen Billionen Billionen Kilogramm auf die Waage (eine Zahl mit 41 Stellen), so viel wie 6,5 Milliarden Sonnen. Die gewaltige Schwerkraft des Objekts zwingt samtliche Materie im Umfeld in eine brodelnde, rasant rotierende Scheibe. An den Polen des Schwarzen Lochs setzt auserdem das ein, was Astrophysiker einen Jet nennen – ein Strahl aus sengendem Plasma, der Teilchen tausende Lichtjahre weit ins All schleudert.

Wie schwierig es war, dieses Inferno abzubilden, erzahlten die beteiligten Wissenschaftler auf der Brusseler Pressekonferenz. Am Nachthimmel hat der leuchtende Kranz um das Schwarze Loch von M87 gerade mal eine Ausdehnung von 42 millionstel Bogensekunden. Das Vorhaben glich damit dem Versuch, eine Orange auf dem Mond abzubilden.

Um die notige Auflosung zu erreichen, war der Zusammenschluss der acht rund um den Globus verteilten Observatorien notig. Gemeinsam bildeten die Radioteleskope ein ≫virtuelles≪ Teleskop von der Grose der Erde. ≫Im Team haben wir ein viel besseres Ergebnis erzielt, als wir es allein je hinbekommen hatten≪, sagte EHT-Forscher Anton Zensus, Direktor am Max-Planck-Institut fur Radioastronomie.

In einer Hinsicht blieben die prasentierten Ergebnisse allerdings hinter den Erwartungen zuruck: Eigentlich wollten die Wissenschaftler ja nicht nur das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie M87 abbilden, sondern auch das Exemplar im Herzen der Milchstrase. Noch ist unklar, ob die Daten von 2017 dafur ausreichen.

Das ruft in Erinnerung, wie nah Erfolg und Scheitern beim Event Horizon Telescope stets beisammenlagen. Von Anfang an war es Wissenschaft an der Grenze des technisch Machbaren, und fur die Radioastronomen war es so etwas wie die Erstbesteigung des Mount Everest. Mehrfach ware das Projekt fast gescheitert. Am Ende wurde es nur deshalb ein Erfolg, weil sich die Forscher weder von personlichen Differenzen noch von politischen Turbulenzen abbringen liesen – und gemeinsam auf das Ziel hinarbeiteten.

Am Anfang dieser Geschichte steht eine Entdeckung aus dem Jahr 1932: Techniker der beruhmten Bell Telephone Laboratories im US-Bundesstaat New Jersey wollten damals Funkspruche per Kurzwelle uber den Atlantik senden. Auf der Suche nach moglichen Storquellen sties der Physiker Karl Jansky auf ein ratselhaftes Signal, das seinen Ursprung in der Mitte der Milchstrase zu haben schien. Das war nicht die einzige mysteriose Strahlungsquelle am Nachthimmel: Nach dem Zweiten Weltkrieg entdeckten ehemalige Militarfunker um den Briten John Gatenby Bolton weitere Regionen am Firmament, aus denen extrem schwache, aber klar nachweisbare Radiowellen zur Erde drangen.

Auf Bildern des Hubble-Weltraumteleskops erscheint die 55 Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie M87 als diffuser Lichthof. Wenn man genau hinsieht, kann man den »Jet« aus heißer Materie erkennen, den das Schwarze Loch im Zentrum tausende Lichtjahre weit ins All feuert.


NASA, ESA, AND THE HUBBLE HERITAGE TEAM (STSCI/AURA) (HUBBLESITE.ORG/IMAGE/2391/NEWS_RELEASE/2008-30)

Die Observatorien des Event Horizon Telescope im Jahr 2017: das James Clerk Maxwell Telescope und das Submillimeter Array auf Hawaii, das Submillimeter Telescope in Arizona, das Large Millimeter Telescope in Mexiko, APEX und ALMA in Chile, das South Pole Telescope am Südpol und das 30-Meter-Teleskop des IRAM-Observatoriums in Spanien.


SUW-GRAFIK, NACH EHT COLLABORATION: FIRST M87 EVENT HORIZON TELESCOPE RESULTS. I. THE SHADOW OF THE SUPERMASSIVE BLACK HOLE. ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS 875, L1, 2019, FIG. 1; ERDE: NASA

Erst in den 1960er Jahren lokalisierten Astronomen den genauen Ursprung der Signale: Sie kamen aus einzelnen, Millionen Lichtjahre entfernten Galaxien, darunter auch M87. In ihnen schien ein gigantisches Feuerwerk im Gang zu sein. Ein Feuerwerk, das das Weltall mit Strahlung flutete. Nur woher nahmen diese ≫aktiven Galaxienkerne≪ die notige Energie? Selbst verschmelzende Atomkerne, wie man sie zu jener Zeit aus Sternen oder Wasserstoffbomben kannte, schienen hierfur nicht auszureichen, bei Weitem nicht.

Nach einigem Grubeln stiesen Physiker auf eine andere Moglichkeit: Materie im freien Fall. Rechnungen zeigten, dass ein Objekt, das lange von einem Gravitationsfeld beschleunigt wird, enorme Bewegungsenergie gewinnt. Wird das Objekt dann abrupt abgebremst oder umgelenkt, wandelt es die Energie in Warme oder Strahlung um. Und wie es der Zufall wollte, diskutierten die Gelehrten Mitte der 1960er Jahre gerade engagiert uber etwas, was Materie die notige Beschleunigung verpassen konnte.

Schwarze Locher waren zu jener Zeit nicht mehr als eine kuriose Moglichkeit aus Albert Einsteins allgemeiner Relativitatstheorie. Schon dem jungen Physiker Karl Schwarzschild war 1915 an der Ostfront des Ersten Weltkriegs aufgefallen, dass manche Losungen der einsteinschen Feldgleichungen scheinbar widersinnige Ergebnisse lieferten: Fur extrem dichte Massehaufen spucken die Gleichungen einen Radius aus, ab dem das Gravitationsfeld gegen unendlich zu streben scheint – als wurde man eine Zahl durch null teilen.

Ein Punkt, an dem die Zeit stillsteht

Das konnte nicht sein, fanden Einstein, Schwarzschild und viele andere. Doch in den folgenden Jahrzehnten beschaftigten sich Astrophysiker immer wieder mit der Frage, was mit Sternen passiert, die samtliche Atomkerne in ihrem Inneren zu schwereren Elementen verschmolzen haben. In den 1930er Jahren kristallisierten sich Antworten heraus: Sterne vom Format unserer Sonne fallen zu einer milchig schimmernden Kugel von der Grose eines Planeten zusammen, einem Weisen Zwerg. Plasmakugeln mit etwas groserer Masse kollabieren dagegen zu einem extrem kompakten Objekt vom Format einer Grosstadt, einem Neutronenstern.

Aber was, wenn ein noch schwererer Stern in sich zusammenfallt? Robert Oppenheimer, der spatere Vater des amerikanischen Atombombenprogramms, machte sich dazu kurz vor dem Zweiten Weltkrieg Gedanken. Seinen Rechnungen zufolge konnte nichts und niemand den Kollaps aufhalten – er setzt sich einfach immer weiter fort. Die Materie musste fur alle Ewigkeit auf einen Punkt im Zentrum sturzen, prognostizierte der US-Amerikaner.

Oppenheimer berief sich dabei auf Einsteins Relativitatstheorie: Laut ihr dehnen Massen das Gefuge von Raum und Zeit wie Kaugummi. Bei sehr grosen Massen hat das bizarre Konsequenzen, argumentierte Oppenheimer. Hier ist die Schwerkraft so stark, dass die Zeit praktisch einfriert, zumindest aus der Perspektive eines ausen stehenden Beobachters. Fur ihn musste es so wirken, als falle die Materie eines kollabierenden Riesensterns immer weiter auf den Punkt im Zentrum zu, dessen Dichte dadurch ins Unendliche wachst. Fur das Umfeld dieser Singularitat hatte das extreme Folgen: Sobald etwas einmal den von Schwarzschild berechneten Radius passiert hatte, den so genannten Ereignishorizont, konnte es nicht mehr kehrtmachen, egal, was passiert.

Radiowellen und Millimeterstrahlung

Das Event Horizon Telescope fangt Strahlung einer Wellenlange von 1,3 Millimetern auf; das entspricht einer Frequenz von 230 Gigahertz. Fur Physiker fallt sie damit gerade noch in den Bereich der Radiowellen, die auch viele Zentimeter, Meter oder Kilometer lang sein konnen. Bei sichtbarem Licht liegen benachbarte Wellentaler hingegen nur 0,0004 bis 0,0007 Millimeter auseinander. Mit der Wellenlange verandert sich die Art und Weise, wie Strahlung mit Materie interagiert: Wahrend eine Hauswand oder interstellare Staubwolken sichtbares Licht zuruckhalten, kann Millimeterstrahlung beides passieren. Fur den Nachweis der Wellen sind jedoch spezielle Parabolantennen notig. Sie mussen eine besonders glatte Oberflache aufweisen und sollten sich weit oberhalb des Meeresspiegels befinden, da Millimeterstrahlung von Wasserdampf in der Atmosphare absorbiert wird.

Simulation des aktiven Galaxienkerns von M87: Das Schwarze Loch in der Mitte ist von einer rotierenden Scheibe aus Gas und Staub umgeben. Senkrecht dazu entweichen zwei Jets aus heißer Materie.


JORDY DAVELAAR ET AL./RADBOUD UNIVERSITY/BLACKHOLECAM (WWW.ESO.ORG/PUBLIC/ GERMANY/IMAGES/ESO1907F/) / CC BY 4.0 (CREATIVECOMMONS.ORG/LICENSES/BY/4.0/LEGALCODE

Bis in den 1960er Jahre hielten die meisten Physiker das fur einen originellen Gedanken ohne praktische Relevanz. Doch die Entdeckung aktiver Galaxienkerne wie dem in der Galaxie M87 machte die exotischen Gebilde plotzlich zu einer plausiblen Moglichkeit. Unter anderem der umtriebige US-Physiker John Archibald Wheeler setzte sich fur Oppenheimers Idee ein – er sollte einige Jahre spater auch den Begriff ≫black hole≪, also ≫Schwarzes Loch≪ pragen.

Aber gab es die bizarren Objekte wirklich? Von den 1970er Jahren an durchforsteten Astronomen das Weltall nach ihnen. Die Forscher spurten dabei immer mehr ferne Galaxien auf, in deren Kern sich ein unsichtbares Monstrum zu verstecken schien. Bald wurden sie auch in unserer Milchstrase fundig: Im 6000 Lichtjahre entfernten Sternsystem Cygnus X-1 verschlingt ein etwa 15 Sonnenmassen schweres Schwarzes Loch einen Stern, was grose Mengen an Rontgenstrahlung freisetzt.

Entdeckungen wie diese legten nahe, dass es die Raumzeit- Locher in ganz verschiedenen Grosen gibt. Kollabierende Sterne mit sehr viel Masse hinterlassen offenbar ≫stellare ≪ Schwarze Locher wie das von Cygnus X-1, die allenfalls einige Dutzend Sonnenmassen auf die Waage bringen. Schatzungen zufolge gibt es allein in unserer Galaxie Millionen solcher Objekte. In den allermeisten Fallen emittiert ihr Umfeld allerdings keine Strahlung. Und selbst wenn: Stellare Schwarze Locher sind viel zu klein, als dass man ihren Umriss auf Teleskopaufnahmen sehen konnte.

Auch die 1974 von Stephen Hawking prognostizierte Strahlung, die von Schwarzen Lochern selbst ausgehen soll, kam nicht fur einen Nachweis in Frage. Rechnungen zufolge war sie viel zu schwach, um sie mit Teleskopen aufzufangen. Im Zentrum von Galaxien sah die Sache jedoch anders aus. Hier mussten die extremen Objekte millionen-, wenn nicht sogar milliardenfach mehr Masse haben und entsprechend groser sein, argumentierten Forscher in den 1970er Jahren. Und viele dieser ≫supermassereichen ≪ Schwarzen Locher mussten von Millionen Grad heiser Materie umgeben sein. Darunter auch Elektronen, die fast mit Lichtgeschwindigkeit umhergeschleudert werden und dabei grose Mengen Strahlung abgeben.

Nach und nach tauchten immer mehr Hinweise auf, dass sich etwas Ahnliches auch im Herzen der Milchstrase abspielt. Das dortige Schwarze Loch war jedoch offensichtlich bei Weitem nicht so aktiv wie das im Kern von M87, dessen Zentrum zwei gewaltige Materiestrahlen ins All feuert (siehe Bild oben). Trotzdem musste man es aufspuren konnen, argumentierten Astrophysiker – nicht zuletzt uber seine enorme Schwerkraft. Mit der Zeit wurden die innersten Lichtjahre unserer Galaxie zu einer der am besten studierten Regionen der Astronomie. Teleskope spurten dort allerlei exotische Dinge auf: gewaltige Magnetfeldbogen, an denen Elektronen wie an einer Wendeltreppe hinaufklettern. Rasant voruberziehende Wolken aus heisem Gas. Blaue Riesensterne, die mit tausenden Kilometern pro Sekunde durchs All schiesen.

10 000-mal kleiner als das, was das Weltraumteleskop Hubble beobachten kann

Das Schwarze Loch in Sagittarius A* stellte jedoch nur einen winzigen Punkt in diesem Chaos dar. Seine Grose schatzten Forscher damals auf ein Dutzend Millionen Kilometer, das Neunfache des Durchmessers unserer Sonne. Aus heutiger Sicht hatte man die Grose des Schwarzen Lochs damit um 50 Prozent unterschatzt. Und so gingen Experten noch zu Beginn der 1990er Jahre davon aus, dass man das Massemonster mit irdischer Technik schlicht nicht erfassen konnte: In 26 000 Lichtjahren Entfernung wurde der Ereignishorizont 10 000-mal kleiner als das erscheinen, was das Hubble-Weltraumteleskop auflosen kann. Das hielt Radioastronomen zwar nicht davon ab, ihre Parabolschusseln immer wieder gen Sagittarius A* zu richten. Aber alles, was sie sahen, war ein verschwommener Fleck, der allenfalls Ruckschlusse auf die weitlaufige Umgebung im galaktischen Zentrum zulies.

Mehr Wissen aufSpektrum.de

Mehr dazu finden Sie auf unserer Themenseite unterspektrum.de/t/schwarze-loecher

ISTOCK / OORKA

Die Lage andert sich erst in den 1990er Jahren. Der junge deutsche Astrophysiker Heino Falcke forscht damals am Bonner Max-Planck-Institut fur Radioastronomie. Seit seiner Doktorarbeit interessiert er sich brennend fur das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstrase. Entweicht Radiostrahlung nur in grosem Abstand von ihm oder auch in unmittelbarer Nahe? Die unscharfen Messdaten zu dieser Zeit sind mit beiden Szenarien kompatibel. Doch bereits 1992 hat Falcke gemeinsam mit Kollegen ein Modell entwickelt, dem zufolge die Strahlung von knapp oberhalb des Ereignishorizonts kommen musste, von dort, wo Materie in den Schlund des Monsters rutscht.

Aber kann man das von der Erde aus wirklich beobachten? Genau wie seine Kollegen ist Falcke zunachst pessimistisch. Doch eines Tages blattert er in der Bibliothek des Bonner Max-Planck-Instituts durch einen alten Tagungsband – und stost per Zufall auf eine Arbeit aus dem Jahr 1973, die bis dahin kaum Beachtung gefunden hat. Der US-Amerikaner James M. Bardeen rechnet darin aus, wie es wirken wurde, wenn ein Stern direkt hinter einem Schwarzen Loch stunde. In diesem Fall sahe ein Beobachter den Stern trotzdem, denn Licht kann einen Bogen um das massereiche Objekt machen. Die Umrundung klappt jedoch nur bis zu einem bestimmten Orbit: Fliegt ein Lichtteilchen zu nah am Schwarzen Loch vorbei, wird es auf Bahnen gezogen, die es im Inneren verschwinden lassen.

Auf einer Teleskopaufnahme wurde dieser Rand – die Physiker sprechen vom ≫letzten Photonenorbit≪ – klar hervortreten. Was die Grose der Struktur anbelangt (Falcke und seine Kollegen werden sie spater ≫Schatten≪ taufen), kommt Bardeen zu einem uberraschend ermutigenden Ergebnis: Der Schatten musste einen 2,5-mal so grosen Durchmesser wie der Ereignishorizont haben, denn das Schwarze Loch verformt die umliegende Raumzeit zu einer Art uberdimensionierter Lupe.

≫Das war der Aha-Moment≪, erinnert sich Falcke. Denn er erkennt, dass die Uberlegung seines US-amerikanischen Kollegen auch gelten konnte, wenn ein Schwarzes Loch von heiser Materie umgeben ist. Ein ahnliches Szenario hatte der franzosische Astronom Jean-Pierre Luminet bereits 1979 durchgespielt. Falcke kennt den Aufsatz nicht, stellt aber auf Basis von Bardeens Abschatzungen fest, dass Sagittarius A* wider Erwarten gros genug ware fur eine Beobachtung von der Erde aus.

Die Rechnungen passen auch gut zu Messdaten aus dem galaktischen Zentrum, die Falckes Kollegen Anton Zensus und Thomas Krichbaum zu dieser Zeit am Bonner Max- Planck-Institut vorstellen. Sie lassen zwar noch keinen Ruckschluss auf Details zu. Mit etwas Optimismus kann man sie allerdings so extrapolieren, dass es in der Mitte von Sagittarius A* einen Bereich gibt, aus dem keine Strahlung entweicht.

Zensus und Krichbaum werden sich in den kommenden Jahrzehnten zu einer treibenden Kraft entwickeln, wenn es darum geht, mit immer mehr und besseren Teleskopen gen Sagittarius A* zu blicken. Zunachst ist es aber ihr jungerer Kollege Falcke, der selbstbewusst auf Konferenzen verkundet, man konne ein Bild des Schattens von Sagittarius A* machen. Anfangs wird er dafur zuweilen belachelt, mit der Zeit brockelt die Skepsis seiner Kollegen jedoch.

Der endgultige Wendepunkt ist hier ein Fachaufsatz aus dem Jahr 2000, den Falcke gemeinsam mit seinen Kollegen Fulvio Melia und Eric Agol schreibt. Das Trio legt darin en detail dar, wie die Beobachtung gelingen konnte. Den Schlussel sehen die Astrophysiker in einer Technik namens ≫Very Long Baseline Interferometry≪, kurz VLBI. Das Verfahren ist in jenen Tagen bereits etabliert; unter anderem die Bonner MPI-Gruppe um Anton Zensus arbeitet damit. Bei VLBI blicken Astronomen mit mehreren weit entfernten Radioteleskopen auf dieselbe Quelle am Himmel. Mit Hilfe extrem praziser Atomuhren halten die Astronomen an jedem der Standorte fest, wann eine Radiowelle das jeweilige Teleskop erreicht hat. Anhand dieser Zeitstempel fugen die Forscher die Ergebnisse anschliesend mit einem Supercom puter zusammen. Damit erhalt das Bild eine deutlich bessere Auflosung. Theoretisch kann ein VLBI-Verbund dadurch Werte eines gigantischen virtuellen Teleskops von der Grose der Erde erreichen (siehe ≫Wie das ›Foto‹ entstanden ist≪, unten).

Auf die Auflösung kommt es an

Wer Genaueres uber weit entfernte Regionen im Weltall lernen will, braucht ein Teleskop mit hoher Auflosung, also mit der Fahigkeit, trotz der gewaltigen Entfernungen Strukturen moglichst detailliert abzubilden.

Eine Formel aus der Astronomie gibt hier seit Langem das Limit vor: Der gerade noch auflosbare Winkelabstand zwischen zwei Punkten am Nachthimmel (a) ist proportional zur Wellenlange der verwendeten Strahlung (S) und umgekehrt proportional zur Grose des Teleskops (D): ((≈ ≈/D. Grose Parabolschusseln wie das 100-Meter-Teleskop in Effelsberg erreichen eine Winkelauflosung von etwa zehn Bogensekunden – das entspricht 0,5 Prozent der Ausdehnung des Vollmonds am Nachthimmel. Der Ring um das Schwarze Loch im Zentrum von M87 hat am Firmament jedoch gerade mal eine Grose von 42 millionstel Bogensekunden (0,000002 Prozent des Vollmonddurchmessers).

Aber mit einem Trick lasst sich das Auflosungsvermogen deutlich verbessern: Astronomen kombinieren dazu die Aufnahmen mehrerer uber den Globus verteilter Observatorien. Bei dieser Very Long Baseline Interferometry (VLBI) kann man den Abstand zwischen zwei weit entfernten Standorten als Teleskopdurchmesser in die obige Formel einsetzen. Fur einen erdumspannenden Verbund aus Teleskopen, die Strahlung mit einer Wellenlange von 1,3 Millimetern auffangen, ergibt sich eine maximale Auflosung im Bereich von 20 millionstel Bogensekunden – gerade genug, um das Schwarze Loch in M87 sowie das im Zentrum der Milchstrase erkennen zu konnen.

Im Jahr 2000 ist allerdings klar: Fur die Beobachtung eines Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie ist die Technik noch nicht gut genug. Denn im grosen Stil funktioniert VLBI damals nur fur Strahlung mit einer Wellenlange von drei oder mehr Millimetern. Fur ein Bild des Schwarzen Lochs musste man hingegen bei einem oder einigen zehntel Millimetern Wellenlange beobachten. Und hier steckt VLBI nach wie vor in den Kinderschuhen, trotz erster ermutigender Tests durch die Gruppe um Zensus.

Dichte Staubwolken und turbulentes Gas versperren den Blick in Richtung Schwarzes Loch

≫Wir haben uns nach und nach an immer kurzere Wellenlangen und grosere Basislinien herangepirscht≪, erinnert sich der Bonner Astronom. Anfang der 2000er Jahre koordiniert Zensus etwa einen transatlantischen Zusammenschluss von europaischen und amerikanischen Radioteleskopen, die bei drei Millimetern beobachten, das Global mm-VLBI Array. Es sind wertvolle Erfahrungen fur die spatere Arbeit mit dem Event Horizon Telescope – aber fur einen klaren Blick ins galaktische Zentrum reicht es noch nicht, auch wegen der verwendeten Wellenlange.

Hat sie einen anderen Wert als einen oder einige zehntel Millimeter, werden die Wellen entweder von der Erdatmosphare abgefangen, oder sie kommen erst gar nicht durch die dichten Staub- und Gaswolken, die sich zwischen der Erde und dem Zentrum der Milchstrase ballen. Rund 10 000 Lichtjahre von der Erde entfernt driftet besonders turbulentes Gas durchs All, das samtliche Bilder von Sagittarius A* wie Milchglas verzerrt.

Millimeterwellen konnen dieses Hindernis am ehesten durchdringen. Anfang der 2000er Jahre gibt es jedoch nur wenige Anlagen, welche diese Form der Strahlung auffangen konnen. Die Oberflachen der Parabolantennen mussen dafur deutlich glatter sein als bei Radioteleskopen fur grosere Wellenlangen. Fur den VLBI-Betrieb benotigt man zudem Rekorder, die sehr hohe Datenraten aufzeichnen konnen.

Daneben ist der Standort entscheidend: Die Teleskope sollten mehrere Kilometer oberhalb des Meeresspiegels stehen, da Wasserdampf in der Atmosphare die Signale abschwacht. Als ware das noch nicht genug, ist das Wetter ein wichtiger Faktor: Nur wenn der Himmel wolkenlos ist, konnen die Forscher aus den Daten am Ende ein stimmiges Bild rekonstruieren.

Das Event Horizon Telescope nimmt daher erst Gestalt an, als eine Reihe neuer Observatorien in Betrieb geht, die gut fur Millimeter-Beobachtung geeignet sind. Etwa das Large Millimeter Telescope in Mexiko, das auf dem Gipfel des 4600 Meter hohen Sierra Negra in den Himmel blickt. Oder das Atacama Pathfinder Experiment (APEX) auf dem Chajnantor- Hochplateau in Nordchile, 5100 Meter uber dem Meeresspiegel. Die Aus- und Nachrustungen dieser und anderer Teleskope wird Jahre in Anspruch nehmen. Letztlich kommt dabei auch die Computerrevolution zur Hilfe: Sie macht Digitalrekorder immer leistungsfahiger und preiswerter.

Bei den anfallenden Arbeiten tut sich Mitte der 2000er Jahre unter anderem eine US-amerikanische Gruppe um Sheperd (≫Shep≪) Doeleman hervor, der damals am Massachusetts Institute for Technology (MIT) forscht. Mit grosem Eifer arbeitet sich das Team an den technischen Problemen der Ein-Millimeter-VLBI ab. Es bringt dadurch vor allem die digitale Datenerfassung und die Breitbandtechnik deutlich voran.

Ahnlich wie die Bonner MPI-Astronomen um Zensus und Krichbaum versuchen die Amerikaner in dieser Phase immer wieder, einen Millimeter-Blick auf Sagittarius A* zu werfen. 2006 koppelt Doelemans Gruppe dafur Teleskope in Arizona, Kalifornien und auf Hawaii und richtet sie auf das Zentrum der Milchstrase. Der erste Versuch geht schief, doch im Jahr darauf gelingt die Beobachtung: Die drei Teleskope fangen 1,3-Millimeter-Strahlung auf – die Wellenlange, bei der spater auch das EHT arbeiten wird. Aus Sicht vieler Astrophysiker ist damit die Generalprobe gegluckt: ≫Von da an war uns klar, dass die Sache machbar ist≪, erinnert sich Doeleman.

Wie das »Foto« entstanden ist

Wer zwei Teleskope zusammenschaltet, baut damit ein Interferometer. Lichtwellen eines fernen Objekts, die sich bei der Zusammenfuhrung konstruktiv uberlagern, erscheinen fur das Teleskoppaar als heller Streifen. Strahlung, die sich gerade ausloscht, wird hingegen zu einem dunklen Bereich. So legt das Interferometer gewissermasen ein schwarz-weises Streifenmuster uber den Himmel – Strahlung aus den hellen Regionen kann es nachweisen, jene aus dunklen Gegenden nicht.

Je groser der Abstand zwischen den Teleskopen, desto feiner wird das Muster. Hieraus bezieht die Technik der Very Long Baseline Interferometry (VLBI) ihr enormes Auflosungsvermogen. Zum einen koppelt sie Teleskope, die tausende Kilometer voneinander entfernt sind. Zum anderen andert die Rotation der Erde laufend die Lange und Orientierung der gedachten Verbindungslinie zwischen den Observatorien, der Basislinie. Dadurch werden immer neue Raster uber die anvisierte Region am Himmel gelegt.

Wenn zwei VLBI-Teleskope bei einer bestimmten Basislinie gleichzeitig koharente Radiowellen auffangen, befindet sich ein Teil der Quelle offenbar gerade unter einem hellen Streifen des Musters. Man hat also einen Hinweis auf das Aussehen der Quelle gewonnen. Aus vielen solcher Puzzlesteine lasst sich ein Bild der Zielregion zusammensetzen. Das Event Horizon Telescope hat nur an einigen Punkten auf der Erde gemessen, deshalb sind verschiedene Bilder mit den Daten kompatibel. Vier Gruppen ermittelten daher unabhangig voneinander das plausibelste Ergebnis.

Von oben betrachtet hat die Akkretionsscheibe (orange-gelb) eines Schwarzen Lochs (grau) die Form einer Schallplatte (oben). Von der Seite ergibt sich ein anderes Bild: Selbst der Teil der Scheibe, der hinter dem Schwarzen Loch liegt, ist in diesem Fall zu sehen (unten). Das Ergebnis ähnelt der Darstellung, die aus dem Kinofilm »Interstellar« bekannt ist.

T. MÜLLER, M. PÖSSEL, MPI FÜR ASTRONOMIE & L.R. WEIH, L. REZZOLLA, ITP GOETHE UNIVERSITÄT FRANKFURT; MIT FRDL. GEN. VON L. REZZOLLA

Heino Falcke, der mittlerweile an der niederlandischen Universitat Nimwegen arbeitet, ist in dieser Phase nur vereinzelt an den muhseligen Beobachtungen beteiligt. Als theoretischer Physiker schreibt er zwar immer wieder Veroffentlichungen zu Sagittarius A* und den Radiowellen, die vom Umfeld Schwarzer Locher ausgehen konnten; ein guter Teil seiner Zeit gilt aber anderen Projekten.

Nach seinem wegweisenden Fachaufsatz aus dem Jahr 2000 hat sich Falcke mit Doeleman und anderen Forschern uber den Weg zum Event Horizon Telescope ausgetauscht. Dabei sind Falcke und Doeleman jedoch aneinandergeraten – ein Konflikt, der die Geschichte des EHT pragen wird. Falcke will eine professionell organisierte Kollaboration nach Vorbild des Genfer Kernforschungszentrums CERN aufziehen, mit einem klar definierten Projektplan und festgelegten Zustandigkeiten. Doeleman hingegen mochte die Sache eher so angehen, wie es bei Astronomen ublich ist: in kleinen, von einem Gruppenleiter gesteuerten Teams, die spontan auf auftretende Probleme reagieren konnen.

Doeleman hat fruh beschlossen, seine Karriere dem Event Horizon Telescope zu widmen, schreibt der amerikanische Wissenschaftsjournalist Seth Fletcher in seinem 2018 erschienenen Buch ≫Einstein’s Shadow≪. Dass Falcke viel Zeit fur andere Projekte aufbringt und sich aus dem Kampf mit der Technik eher heraushalt, empfindet der Amerikaner als opportunistisch. ≫Ich und mein Team haben damals etwas riskiert – das ist notig, wenn man so ein ambitioniertes Projekt zum Erfolg fuhren will≪, sagt Doeleman ruckblickend.

Falcke hingegen sieht in dieser Phase laut eigener Aussage keine Moglichkeit, von der experimentellen Seite mehr beizusteuern. ≫Ich hatte als Postdoc nicht das Geld, irgendwo ein Teleskop zu bauen≪, sagt er. Auch habe er sich mit anderen Projekten etablieren und Erfahrung sammeln wollen, beispielsweise mit dem europaischen Radiointerferometer LOFAR. ≫Ich bin aber immer nah drangeblieben am EHT – und ich dachte eigentlich, dass wir das am Ende gemeinsam machen.≪

Im Jahr 2009 wird der Deutsche in dieser Hinsicht enttauscht: In den USA werben Doeleman und Kollegen fur eine Erwahnung in der ≫Astronomy and Astrophysics Decadal Review≪, einem wichtigen Strategiepapier der tonangebenden US-Forschungsverbande. In dem Dokument wird Falcke jedoch nicht erwahnt, trotz gemeinsamer Vorarbeiten. Fur den Deutschen wirkt es so, als werde die Idee, die er gemeinsam mit Doeleman entwickelt hat, ohne ihn umgesetzt.

Wenn man den Amerikaner heute fragt, ob er Falcke damals nicht dabeihaben wollte, schweigt er zunachst einige Sekunden in den Telefonhorer. Dann sagt er diplomatisch: ≫Es war zu dieser Zeit einfach nicht klar, was Heinos Rolle in dem Projekt sein sollte.≪ Doeleman und seinen Kollegen kommt es damals so vor, als hatten sie plotzlich viele neue Freunde: Seit ihrer gelungenen VLBI-Beobachtung von Sagittarius A* im Jahr 2007 wollen immer mehr Forscher an den jahrlich wiederkehrenden Messkampagnen teilnehmen.

Doeleman treibt dabei die Sorge um, die Kontrolle uber das Projekt zu verlieren – und am Ende nicht genug Anerkennung zu erhalten. Fur Falcke ist der Widerstand gegen eine Zusammenarbeit hingegen nur schwer nachvollziehbar. 2011 habe er einen grosen niederlandischen Forschungspreis erhalten und angeboten, von dem Geld Equipment zu kaufen, erinnert er sich. Doch sein amerikanischer Kollege habe davon nichts wissen wollen.

Letztlich wird es auch Geldnot sein, welche die Wissenschaftler zusammenbringt. Erst aber gelangt Falcke in eine bessere Verhandlungsposition: Gemeinsam mit seinem einstigen Mitdoktoranden Michael Kramer, mittlerweile Direktor am Max-Planck-Institut fur Radioastronomie, und dem Gravitationstheoretiker Luciano Rezzolla von der Goethe- Universitat Frankfurt bewirbt er sich fur eine besondere Form der Forderung durch die Europaische Union.

Plötzlich wetteifern zwei Initiativen um das erste Bild eines Schwarzes Lochs

Fur diesen ≫ERC Synergy Grant≪ gehen im Jahr 2013 stattliche 449 Bewerbungen ein. Am Ende erhalten nur 13 den Zuschlag, darunter das Projekt von Falcke, Kramer und Rezzolla. Ihre ≫Black Hole Cam≪ wird von der EU mit 14 Millionen Euro gefordert. Das Ziel liegt dabei sehr nah an dem des Event Horizon Telescope: Man will ebenfalls das galaktische Zentrum studieren, das Schwarze Loch dort fotografieren und unter anderem nach Neutronensternen suchen, die in der turbulenten Region umherdriften mussten.

Nun gibt es plotzlich zwei Initiativen, die ein Schwarzes Loch ablichten wollen. Zunachst hegen die europaischen Forscher den Gedanken, eigenstandig auf dieses Ziel hinzuarbeiten. Schnell erkennen sie jedoch, dass sie die besten Erfolgsaussichten haben, wenn sie mit ihren Kollegen auf der anderen Seite des Atlantiks zusammenarbeiten. Dennoch sorgt der ERC-Grant fur Unmut bei manchen Forschern des Event Horizon Telescope, allen voran bei Doeleman.

In Amerika stockt allerdings die Forschungsforderung, das Geld fur das EHT ist knapp. Und so finden sich europaische und amerikanische Radioastronomen bald in zahen Verhandlungen uber einen Zusammenschluss der Initiativen wieder. Auf einer Konferenz in Waterloo im November 2014 einigt man sich schlieslich auf eine Organisationsstruktur fur die Event Horizon Collaboration. Letztlich wird Doeleman Direktor, Falcke Leiter des Wissenschaftsausschusses, und Zensus nimmt als Vorsitzender des Kollaborationsrats eine Vermittlerrolle ein.

Die letzten offenen Fragen raumen die Forscher aber erst aus, als das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) sie zu einer Einigung zwingt. Die 66 Parabolantennen im chilenischen Hochland bilden seit ihrer Einweihung im Jahr 2013 das weltweit leistungsfahigste Observatorium fur Millimeter-Strahlung. Und nach und nach realisieren die Forscher, dass sie es unbedingt brauchen, wenn das Event Horizon Telescope ein Erfolg werden soll. Die Leitung von ALMA legt allerdings grosen Wert auf internationale Zusammenarbeit – kein Wunder, schlieslich wird der Teleskopverbund auser von der Europaischen Sudsternwarte ESO auch von einer amerikanischen und einer japanischen Forschungsorganisation betrieben. Doeleman und seinen Kollegen wird klar: Sie konnen ALMA nur dann verwenden, wenn sie mit Falckes ERC-Projekt und asiatischen Wissenschaftlern zusammenarbeiten.

Und so kommt es, dass im April 2017 acht um den Globus verteilte Observatorien in Richtung Sagittarius A* und M87 blicken. Neben ALMA ist auf europaischer Seite auch das 30-Meter-Teleskop IRAM in der spanischen Sierra Nevada beteiligt, das unter anderem von der Max-Planck- Gesellschaft betrieben wird, sowie das APEX-Teleskop in Chile. An allen Standorten ist der Himmel klar, selbst am South Pole Telescope, das als Teil der Amundsen-Scott- Sudpolstation 2800 Meter uber dem Meeresspiegel arbeitet. Da es M87 zu dieser Zeit des Jahres nicht sehen kann, dient es vor allem zur Kalibrierung der Beobachtungen.

Stunde fur Stunde verfolgen die Teleskope ihre Ziele am Himmel. Nach drei Tagen sind die ubernachtigten Forscher zu erschopft, um weiterzumachen. Zwei Tage spater setzen sie die Beobachtung noch einmal fort – und sammeln erneut zwei Nachte lang wertvolle Daten. Ein halbes Jahr dauert es, bis alle Festplatten am MIT sowie am Max-Planck-Institut fur Radioastronomie angekommen sind – vom Sudpol konnen sie erst nach Ende des antarktischen Winters ausgeflogen werden. An speziell programmierten Supercomputern fugen die Wissenschaftler die Messreihen zusammen. In muhsamer Kleinstarbeit trennen sie Radiowellen von Rauschen und suchen nach Fehlern. Erst nach Monaten sind die Daten so weit ≫kalibriert≪, dass andere Arbeitsgruppen aus den Radiowellen ein Bild rekonstruieren konnen.

In dieser Phase wird den Forschern klar, dass die Beobachtungsdaten von M87 die reichste Beute versprechen. Das dortige Schwarze Loch ist zwar 2000-mal so weit entfernt wie das im Zentrum unserer Milchstrase. Aber dafur ist es auch 1500-mal schwerer und damit entsprechend groser. Es nimmt daher fast dieselbe, winzige Flache am Nachthimmel ein. Und im Vergleich zu Sagittarius A* verandert sich sein direktes Umfeld deutlich langsamer. Die Materie in der Akkretionsscheibe benotigt Tage, um sich sichtbar zu verschieben – im Zentrum der Milchstrase geschieht dies binnen Minuten. ≫Es ist so, als wollte man ein herumzappelndes Kleinkind mit einer langsamen Kamera fotografieren ≪, sagt Falcke.

Die Astrophysiker konzentrieren ihre Ressourcen bei der Bilderstellung daher ganz auf M87. Das Prozedere ist nicht weniger muhsam als die Datenaufbereitung, schlieslich haben die Radiowellen-Observatorien nur an acht Punkten auf der Erdkugel Daten aufgezeichnet. Theoretisch ist also eine Vielzahl von Bildern mit den aufgezeichneten Datenpunkten kompatibel. ≫Das Ganze ahnelt einem Puzzle, in dem man nur ein paar Teile hat≪, sagt EHT-Forscherin Monika Moscibrodzka von der Universitat Tubingen.

Ein leuchtender Kranz, der einen dunklen Kreis umschließt

Vier Gruppen arbeiten unabhangig voneinander daran, aus diesen Teilen das plausibelste Bild zusammenzusetzen. Dazu vergleichen sie die aufgefangenen Radiowellen mit zehntausenden am Computer erstellten Bildern, die alle denkbaren Moglichkeiten abdecken. Umso groser ist die Erleichterung, als die vier Teams schlieslich ihre Ereignisse vergleichen: Sie alle haben einen leuchtenden Kranz rekonstruiert, der einen dunklen Kreis umschliest.

Seit seiner Inbetriebnahme 2013 zählt ALMA zu den leistungsfähigsten Observatorien der Welt. Die 66 Parabolantennen stehen auf einer staubtrockenen Hochebene in der chilenischen Atacama- Wüste. Hier stört nur noch wenig Wasserdampf den Blick auf die Milchstraße.


P. HORÁLEK/ESO (WWW.ESO.ORG/PUBLIC/GERMANY/IMAGES/ESO1907D/) / CC BY 4.0 (CREATIVECOMMONS.ORG/LICENSES/BY/4.0/LEGALCODE)

Heino Falcke, Luciano Rezzolla und Michael Kramer (von links nach rechts) erhielten 2013 eine hoch dotierte Förderung von der Europäischen Union. Sie spielte eine Schlüsselrolle in der Geschichte des Event Horizon Telescope.


DICK VAN AALST/UNIVERSITÄT NIJMEGEN (WWW.MPG.DE/7676792/ERC_SYNERGY_GRANTS_2013)

Damit ist aber noch die Frage offen, was denn nun auf der rekonstruierten Aufnahme genau zu sehen ist. Unter anderem das Frankfurter Team um Luciano Rezzolla erstellt mit einem eigens programmierten Computercode hunderte Szenarien fur die komplizierten Ablaufe im unmittelbaren Umfeld des Schwarzen Lochs. Fur jedes von ihnen muss ein Supercomputer mit knapp 1000 Prozessorkernen tagelang rechnen. Dank dieser magneto-hydrodynamischen Simulationen konnen die Wissenschaftler letztlich ermitteln, welche physikalischen Vorgange am besten zu dem rekonstruierten Bild des EHT passen.

Am Ende ahnelt die Aufnahme aus dem Zentrum von M87 am ehestem dem, was viele Forscher im Vorfeld vermutet hatten: dem Schatten eines Schwarzes Lochs, das von heiser Materie umgeben ist. Und vieles spricht dafur, dass es sich um ein rotierendes Exemplar handelt, so wie es der Neuseelander Roy Kerr 1963 erstmals beschrieben hat. Mit dieser Kerr-Metrik jedenfalls liese sich erklaren, dass der untere Rand des Rings heller erscheint. Hier bewegt sich die strahlende Materie auf den Beobachter zu, vermuten die Forscher. In diesem Fall trate ein an den klassischen Doppler-Effekt erinnerndes Phanomen aus der Relativitatstheorie auf, das ≫relativistische Beaming≪, das die eine Seite des Kranzes aufhellt.

Wie es in der Umgebung des Schwarzen Lochs genau aussieht, konnen die Forscher allerdings noch nicht sagen. Dazu ist zum einen die Aufnahme noch nicht scharf genug. Zum anderen machen es Schwarze Locher neugierigen Beobachtern denkbar schwer. Die Masseklumpen lenken Strahlung stark um, so dass man nicht immer genau sagen kann, wo ein auf dem Bild verewigter Lichtstrahl seinen Ursprung hat. Auch andert sich das Bild je nach Blickrichtung, wie Simulationen von Luciano Rezzolla zeigen (siehe Grafik S. 49). Im Fall von M87 gehen die Astrophysiker davon aus, dass man von der Erde aus fast direkt von oben auf die Akkretionsscheibe blickt, unter einem Winkel von 17 Grad zur Totalen. Das Licht auf der EHT-Aufnahme, oder zumindest ein Teil davon, konnte dabei auch vom Ursprung des uns zugewandten Jets stammen.

Offen ist auch die Frage, wie gut die Aufnahme zu den Vorhersagen der allgemeinen Relativitatstheorie passt. Spatestens hinter dem Ereignishorizont, in der Singularitat, musste das Regelwerk fur die Gravitation ihre Aussagekraft verlieren. Zeigen sich vielleicht bereits im Umfeld Abweichungen? ≫Bisher stehen unsere Beobachtungen in gutem Einklang mit Einsteins Theorie≪, sagt Rezzolla. Ein rotierendes Schwarzen Loch ist jedoch nur eine der denkbaren Losungen fur die Gleichungen der Relativitatstheorie. Immer wieder haben Physiker auch Alternativen diskutiert. Einige sehr exotische Moglichkeiten konnen die Forscher nun ausschliesen: Unter anderem ≫nackte≪ Singularitaten und bestimmte Typen von Wurmlochern passen uberhaupt nicht zu dem Bild aus dem Zentrum von M87.

Generell sei die Bedeutung des Bildes immens, findet Rezzolla: ≫Wir haben das mathematische Konzept eines Ereignishorizonts, das ich bisher lediglich in Vorlesungen an die Tafel schreiben konnte, in ein physikalisches Objekt verwandelt.≪ Man konne dieses Objekt nun immer wieder beobachten und Theorien damit testen. ≫Das ist ein fundamentaler erster Schritt, wenn man wissenschaftlich vorankommen will.≪

Gelegenheit dazu wird es in Zukunft vermutlich immer wieder geben. Zunachst wollen die Forscher noch den Datensatz des Jahres 2018 auswerten. Ob er das Bild des Schwarzen Lochs aus M87 oder dem Zentrum der Milchstrase deutlich verbessern kann, ist unklar: ≫Das Wetter war schlecht, und zu allem Uberfluss fiel auch noch ALMA aus≪, sagt Falcke. 2019 sagten die Astronomen die Beobachtungskampagne kurzerhand ab, unter anderem weil sich die Sicherheitslage in Mexiko stark verschlechtert hatte.

Aber im Fruhling 2020 wollen die Forscher erneut um den Globus verteilte Parabolantennen koppeln, diesmal auch mit Instrumenten in Frankreich und auf Gronland. Mittelfristig werben Falcke und Kollegen auserdem fur den Bau eines Observatoriums in Namibia. Und irgendwann wollen die Forscher dann ganz hoch hinaus: Mit zwei oder drei Radioteleskopen, die in einem Erdorbit schweben, konnte man Schwarze Locher noch besser beobachten – vollig unabhangig vom Wetter auf der Erde. 

QUELLEN

Doeleman, S. et al: Event-horizon-scale structure in the supermassive black hole candidate at the Galactic Center. Nature 10.1038/nature07245, 2008

Falcke, H. et al.: Viewing the shadow of the black hole at the galactic center. The Astrophysical Journal 528, 2000

Krichbaum, T. P. et al. : VLBI observations of the galactic center source Sgr A* at 86 GHz and 215 GHz. Astronomy & Astrophysics 335, 1998

The Event Horizon Telescope Collaboration : First M87 Event Horizon Telescope Results. The Astrophysical Journal Letters 875, 2019