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Nobelpreisträgertagung Lindau : Der Zauber eines Waldspaziergangs

Die zentrale Region der Milchstraße, wo sich das Schwarze Loch Sagittarius A* befindet. Die Falschfarbenaufnahme ist eine Kombination von Beobachtungsdaten des Röntgensatelliten Chandra (grün und blau) und des Radioteleskops MeerKAT in Südafrika (rot). Bild: NASA/CXC/UMass/

Reinhard Genzel, Physik-Nobelpreisträger 2020, lud in Lindau zu einer kosmischen Reise durch Raum und Zeit. Das Ziel war das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße.

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          Reinhard Genzel, Physik-Nobelpreisträger von 2020 und Direktor des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik in Garching, begann seine Vorlesung am Sonntagnachmittag (27.Juni 2021) mit einer kleinen Geschichte. Die Astronomie sei in vielerlei Hinsicht wie eine Reise durch das Universum mit seinen wunderschönen Besonderheiten. Es sei, als würde man einen Wald betreten: bezaubernde Bäume, Blumen, eine enorme Komplexität, die der Kosmos hervorgebracht habe. In seltenen Fällen komme es dann vor, dass man in der Schönheit Ordnung zu sehen beginne. Blaue Blumen etwa, die nur rechts vom Weg wachsen. Dann sei das Physikerhirn gefragt, die Frage nach dem „Warum“ zu beantworten. Seinen eigenen Weg durch den kosmischen Wald, der ihn in einem Zeitraum von vierzig Jahren – von ersten Hypothesen über die Natur des extremen Objekts im Zentrum unserer Galaxie anhand immer präziserer Beobachtungen – zu der Überzeugung brachte, dass es sich dabei um ein supermassereiches schwarzes Loch handelt, ließ er daraufhin noch einmal Revue passieren.

          Sibylle Anderl
          Redakteurin im Feuilleton.

          Die Schwarzen Löcher, so hätte Genzel seine Waldallegorie vielleicht fortsetzen können, waren zunächst so etwas wie unsichtbare Waldgeister. Albert Einstein hatte 1915 in seiner allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben, wie Masse und Energie die Raumzeit verbiegen. Überaus extreme und merkwürdige Objekte, in denen eine kompakte Masse die Raumzeit so stark krümmt, dass nicht einmal Licht entkommen kann, waren eine Konsequenz dieser Theorie. Ob es diese Objekte wirklich gab, blieb aber lange zweifelhaft. Ferne Galaxien mit ungeheurer Leuchtkraft, deren Erzeugung kaum anders als durch etwas so Extremes wie ein Schwarzes Loch erklärbar schien, waren in den Sechzigerjahren ein erster Hinweis auf deren tatsächliche Existenz: Wenn gigantische Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien Materie schlucken, wird Gravitationsenergie in gewaltigen Mengen in Wärme und Strahlung umgewandelt. Doch es zeigte sich, dass auch kleinere und nähere schwarze Löcher beobachtbare Spuren hinterließen. Mit der 1964 entdeckten starken Röntgenquelle Cygnus X-1 wurde zum ersten Mal indirekt ein stellares Schwarzes Loch nachgewiesen, das seinem Partnerstern Materie entreißt, die im Zuge dessen hochenergetische Strahlung aussendet.

          Verbesserte Beobachtungstechnik bestätigt frühere Schätzung

          Der Beleg, dass sich im Zentrum unserer Galaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch befindet, war sehr viel schwieriger und erforderte eine jahrzehntelange stetige Verbesserung der Beobachtungstechnologien. Die grundsätzliche Idee der Beweisführung ist relativ einfach: Aus der Bewegung von Sternen und Gas um das mysteriöse massereiche Objekt am Ort der Radioquelle Sagittarius A* ist zunächst dessen Masse ableitbar. Gemessen worden war das bereits in den Siebziger- und Achtzigerjahren, unter anderem durch Reinhard Genzels Mentor und Nobelpreisträger Charles Towns. Das Ergebnis war eine Massenabschätzung von einigen Millionen Sonnenmassen.

          Der Astrophysiker Reinhard Genzel am Sonntag, den 27. Juni, bei seinem Vortrag in Lindau
          Der Astrophysiker Reinhard Genzel am Sonntag, den 27. Juni, bei seinem Vortrag in Lindau : Bild: Christian Flemming

          Für den Nachweis, dass es sich um ein Schwarzes Loch handelt, reichte diese Schätzung der Masse allein allerdings nicht. Die Massenverteilung muss schließlich so kompakt sein – sich auf so kleinem Raum innerhalb des sogenannten Schwarzschildradius befinden –, dass nach Einstein die raumzeitlichen Bedingungen für ein Schwarzes Loch gegeben sind. Die ersten Beobachtungen hatten für die Ausdehnung der Masse ergeben, dass sie höchstens das Millionenfache der für ein Schwarzes Loch erforderlichen Größe betrug – nicht ausreichend für eine sichere Identifikation der Natur der Quelle.

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