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Astrophysik : Zoom aufs Schwarze Loch

Das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße in einer Computersimulation. Eine Scheibe leuchtender Gase wirbelt um den zentralen Schatten, eine Zone, bis zu der das Loch alle streifenden Lichtstrahlen verschlingt. Bild: Foto ITP Goethe-Universität Frankfurt, Z. Younsi, O. Porth, Fromm, Y. Mizuno

Zum ersten Mal gibt es die Chance, einige besonders dicke Schwerkraftmonster direkt abzubilden. Was wird man sehen? Fragen an den Gravitationsphysiker Luciano Rezzolla

          Herr Rezzolla, seit Dienstag der vorigen Woche bilden acht Radioteleskope in Europa, Nord- und Südamerika, in der Antarktis und auf Hawaii für zehn Tage zusammen das „Event Horizon Telescope“ (EHT). Eines ihrer Ziele ist das mehr als vier Millionen Sonnenmassen schwere Schwarze Loch im Nabel unserer Milchstraße ...

          Ulf von Rauchhaupt

          verantwortlich für das Ressort „Wissenschaft“ der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung.

          Sagen wir lieber: Kandidat für ein Schwarzes Loch. Wir glauben zwar alle, dass es tatsächlich eines ist, aber absolut sicher wissen wir es noch nicht.

          Aber haben Astronomen nicht durch die Beobachtung von Sternen, die in seiner Nähe kreisen, schon bewiesen, dass es eines sein muss?

          Nicht ganz. Sie haben gezeigt, dass das Objekt im Zentrum der Galaxie sehr klein und sehr schwer ist. Aber es gibt noch immer eine Reihe alternativer Erklärungen. Demnach könnte es sich um einen Stern aus Bosonen handeln oder um einen sogenannten Gravastern – oder ein noch exotischeres Objekt.

          Die Existenz solcher Himmelskörper würden aber neue, hypothetische Naturgesetze voraussetzen, während die der Schwarzen Löcher allein aus der wohlbekannten Theorie der Schwerkraft Albert Einsteins folgt. Solch ein Schwarzes Loch wird begrenzt von einer Zone, innerhalb derer die Schwerkraft so groß ist, dass nicht einmal Licht entweichen kann. Diesen sogenannten Ereignishorizont soll das EHT nun also abbilden?

          Nicht den Ereignishorizont selbst, sondern seinen „Schatten“. Der ist etwas weiter draußen. Wenn das supermassive Objekt im Zentrum der Milchstraße ein Einsteinsches Schwarzes Loch ist, hat sein Ereignishorizont einen Radius von etwa einem Zwanzigstel des Abstandes der Erde zur Sonne. Der Schatten aber ist anderthalbmal so groß – sofern das Schwarze Loch nicht rotiert. Wenn es das tut, hängt die Größe des Schattens davon ab, wie schnell es sich dreht.

          Dieser Schatten wäre immer noch kleiner als die Distanz zwischen der Sonne und ihrem innersten Planeten Merkur. Dies aus einer Entfernung von 26000 Lichtjahren zu beobachten, wurde gelegentlich mit der Aufgabe verglichen, eine Orange auf der Oberfläche des Mondes zu sehen.

          Genau. Die Auflösung ergibt sich aus der beobachteten Wellenlänge geteilt durch die sogenannte Baseline, also den Abstand der beteiligten Antennenschüsseln. Man muss also die Wellenlänge so klein wie möglich machen und die Baseline so groß wie möglich. Das EHT misst Strahlung der Wellenlänge 1,3 Millimeter. Dann ist die erforderliche Basislinie der Durchmesser der Erde.

          Daher stehen die beteiligten Schüsseln auf verschiedenen Kontinenten. Aber warum reichen da nicht zwei: eine auf Hawaii, eine am Südpol?

          Weil man mit mehreren Teleskopen eine bessere Rekonstruktion des Bildes erhält. Wenn Sie zum Beispiel etwas mit dem Auge einer Fliege betrachten, dann wäre das Bild umso detailreicher, je mehr Facetten Ihnen zur Verfügung stehen. Die Auflösung eines Pixels wird zwar bestimmt durch den größten Abstand zwischen den Teleskopen, aber wenn man möglichst viele Pixel haben möchte, braucht man auch möglichst mehrere Teleskope.

          Schwarze Löcher : Dunklen Mächten auf der Spur

          Nun werden seit Jahrzehnten Teleskope auf verschiedenen Kontinenten im Verbund benutzt, um Bilder weit entfernter Radioquellen zu machen. Warum nimmt man sich erst jetzt das kompakte Objekt im Zentrum der Milchstraße vor?

          Den Unterschied macht die Wellenlänge, Millimeter statt Zentimeter. Die brauchen wir nicht nur, um die Auflösung zu erreichen, sondern auch, weil kürzere Radiowellen weniger von dem Plasma in der Umgebung des Objekts behindert werden. Aber dafür haben wir erst jetzt die erforderliche Technologie. Erst jetzt können wir so kleine Wellenlängen abtasten – und die anfallenden Datenmengen speichern. Sie sind so enorm, dass man sie an den einzelnen Teleskopstandorten aufzeichnen und die Festplatten dann per Flugzeug zu den Rechenzentren transportieren muss, wo sie korreliert werden. Würde man die Daten per Internet übertragen, würde das Jahre dauern.

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