Im Zentrum der Milchstraße Blick auf Schwarzes Loch gelungen
Astronomen ist erstmals die Abbildung eines Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße gelungen. Allein das Zusammensetzen der Datenmengen von Radioteleskopen weltweit dauerte mehrere Jahre.
Auf einer Pressekonferenz in München, die zeitgleich an sechs weiteren Orten der Erde abgehalten wurde, hat die Europäische Südsternwarte gemeinsam mit dem "Event Horizon Telescope"-Projekt ein epochales Ergebnis der astronomischen Forschung vorgestellt. Es handelt sich um das erste Bild jenes Schwarzen Lochs, das im Zentrum unserer Milchstraße sitzt. Die Menschheit schaut damit zum ersten Mal auf dieses mysteriöse Objekt mit der wissenschaftlichen Bezeichnung Sagittarius A*.
Die Erde, unser gesamtes Sonnensystem und alle Sterne der Milchstraße bewegen sich auf Kreisbahnen um dieses Schwarze Loch. Dieser Blick hinein ins Zentrum der Milchstraße ist eine bahnbrechende technische Leistung.
So schwer wie vier Millionen Sonnen
Abgebildet wurde der Schatten des riesigen Objekts. Das Schwarze Loch selbst kann nicht abgebildet werden, weil es kein Licht ausstrahlt, sondern alles Licht verschluckt, das ihm zu nahe kommt. Mit seiner unfassbar großen Anziehungskraft zieht es Licht in sein Inneres, aber natürlich auch Gas und Staub und ganze Sterne. Es ist durch diese Fütterung inzwischen schwerer als vier Millionen Exemplare unserer Sonne und damit das größte und schwerste Objekt in unserer Milchstraße.
Zwei Probleme galt es zu lösen
Vor drei Jahren wurde zum allerersten Mal ein Schwarzes Loch im All abgebildet. Es befand sich sogar noch zweitausend Mal weiter entfernt im All als das jetzt sichtbar gewordene Schwarze Loch in der Milchstraße. Hätte man also nicht das näher liegende Schwarze Loch in unserer Milchstraße zuerst zu sehen bekommen müssen als das viel weiter entfernte Objekt in einer unserer Nachbargalaxien? Doch die Entdeckungsgeschichte lief gerade andersherum.
Die Gründe dafür: Das vor drei Jahren abgebildete Schwarze Loch war tausend Mal schwerer als unser "eigenes" Schwarzes Loch in der Milchstraße - und das macht einen gewaltigen Unterschied. Während das vor drei Jahren abgebildete Objekt durch seine riesige Masse recht ruhig im All sitze und deshalb vergleichsweise leicht abzubilden sei, verfüge das Schwarze Loch der Milchstraße über weniger Masse, sei leichter und verhalte sich deshalb viel unruhiger, sagt Michael Kramer, Direktor des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn, das am "Event Horizon Telescope-Projekt" beteiligt ist:
Wir mussten neue Methoden entwickeln, wie wir mit diesen Veränderungen während der Aufnahme arbeiten können, um wirklich das Statische, das Feste, das Bild des Schwarzen Loches herauszukitzeln.
Trotz zittriger Unruhe ist es durch das schlaue Verrechnen und Filtern ungeheurer Datenmengen gelungen, Bilder von "unserem" Schwarzen Loch zu produzieren. Und nicht nur das Zittern haben die Forscherinnen und Forscher in den Griff bekommen. Sie haben sich sogar über den Umstand hinweggesetzt, dass das Schwarze Loch in der Mitte unserer Heimatgalaxie von der Erde aus eigentlich gar nicht zu sehen sein sollte.
Bild mit Radiostrahlung erstellt
Denn die Milchstraße ist geformt wie eine Spirale mit mehreren Armen und alle diese Spiralarme liegen in einer Ebene. Von außen betrachtet sieht die Milchstraße aus wie eine Scheibe mit Spiralmuster. Das Sonnensystem mitsamt der Erde ist Teil dieser Scheibe. Der Blick von der Erde ins Zentrum dieser Scheibe ist vor allem versperrt durch Staub. Deshalb ist das Bild, das jetzt veröffentlicht wurde, auch keines, das mit sichtbarem Licht aufgenommen wurde, sondern eines, das mit Hilfe von Radiostrahlung erstellt wurde.
Radiowellen können den Staub durchdringen und lassen sich mit Antennen auffangen. Aus den empfangenen Signalen lassen sich Bilder erstellen, die zeigen, wie die Region im All aussieht, von der aus die Radiowellen ursprünglich ins All geschickt wurden. Zwar streut der Staub die Wellen ein wenig, aber mit Computerprogrammen lässt sich die Streuung aus dem Bild herausfiltern.
Mehrere Jahre Rechenarbeit notwendig
Ein Radioteleskop hätte nicht ausgereicht, um einen scharfen Radioblick auf das Milchstraßenzentrum zu erhalten. Dafür mussten die weltweit besten Radioteleskope exakt zur selben Zeit auf das Zentrum der Milchstraße gerichtet werden. Das geschieht seit mehreren Jahren in der Regel einmal jährlich im Frühjahr im Rahmen des "Event Horizon Telescope"-Projekts (EHT). Event Horizon, oder Ereignishorizont, nennen Kosmologen den Rand eines Schwarzen Lochs. Und genau das ist das Ziel des Projekts - die großen Schwarzen Löcher im Kern von Galaxien beziehungsweise ihre Umrisse abzubilden.
Die dafür eingesetzten Radioteleskope stehen über die gesamte Erde verteilt - eines davon sogar am Südpol. Sie durch Datenleitungen zu verknüpfen, wäre zu aufwändig und zu fehleranfällig. Deshalb werden die riesigen Datenmengen zunächst auf Festplatten gespeichert. Diese Festplatten werden dann in zwei Rechenzentren transportiert: das eine in Deutschland, am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, das andere in den USA. Erst in diesen Zentren werden die Daten der einzelnen Radioteleskope miteinander kombiniert und auf einem Supercomputer aus den kombinierten Daten die Bilder errechnet.
Rechenarbeit dauerte fünf Jahre
Im Fall des jetzt publizierten Bildes dauerte die Rechenarbeit ganze fünf Jahre. Anton Zensus, Direktor am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und Vorstandsvorsitzender des "Event Horizon Telescope"-Projekts, erklärt:
Die Bearbeitung war tatsächlich sehr schwer - hat sehr lange gedauert, eine langwierige Aufgabe. Und es war schon eine große Freude da, als wir am Schluss sagen konnten: Wir haben das Bild!
Neue Forschungschancen für die Kosmologie
Mit dem superscharfen Blick der im EHT-Projekt verbundenen Radioteleskope wird es möglich, das Verhalten des Schwarzen Lochs in Zentrum der Milchstraße zu beobachten. Damit sollen Fragen beantwortet werden. Wie viel Materie verschlingt es? Wie regelmäßig kommt es deshalb zu Strahlungsausbrüchen? Wie verhalten sich die Sterne, die in nächster Nähe zum Schwarzen Loch um dieses herum kreisen? Vielleicht wird man sogar Einzelbilder zu einer Art Zeitraffer montieren können.
Auf diese Weise könnte man erkennen, ob Einsteins Relativitätstheorie auch in Gegenden, in denen extreme Massen versammelt sind und extreme Anziehungskraft herrscht, alle Vorgänge richtig beschreibt. Denn eines ist klar: Die Physik des Weltalls ist noch nicht komplett verstanden. Es fehlt noch etwas am Theoriegebäude der Physiker. Was an den bestehenden Theorien noch nicht stimmt, das könnte in Extremsituationen am ehesten zutage treten oder auffallen. Und was kann extremer sein als die Schwerkraft eines Millionen Sonnen schweren Schwarzen Lochs?