Leuchtender Ereignishorizont

Erstes Foto des massiven Schwarzen Lochs aus dem Zentrum der Milchstraße

So schwierig zu machen, wie ein scharfes Bild von einem Welpen, der seinen Schwanz jagt: So umschreibt ein Forscher die Herausforderung, die schnell wechselnde Umgebung des Schwarzen Lochs im Herzen unserer Milchstraße klar abzubilden. Und doch ist die Sensation nun gelungen.

Im Video: Zwei Schwarze Löcher im orbitalem Tanz

Foto von einem unsichtbaren Objekt

This is the first image of Sagittarius A* (or Sgr A* for short), the supermassive black hole at the center of our galaxy. It was captured by the Event Horizon Telescope (EHT), an array which linked together radio observatories across the planet to fo
Wissenschaftlern ist das erste Bild vom Zentrum unserer Milchstraße gelungen.

Wie fotografiert man ein Objekt, das von Natur aus unsichtbar ist? Vor diesem Problem stehen Astronomen seit den ersten theoretischen Spekulationen über Schwarze Löcher – Objekte, deren Schwerkraft so gewaltig ist, dass nicht einmal Licht aus ihnen entkommen kann. Die Antwort: Man nimmt nicht das unsichtbare Objekt selbst auf, sondern seine unmittelbare Umgebung – Und macht es so als dunkle Mitte in einem leuchtenden Ring sichtbar. Dieser Coup ist einem internationalen Forscherteam nun zum zweiten Mal gelungen – diesmal mit dem Schwarzen Loch im Zentrum unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße. „Was gibt es cooleres, als das Schwarze Loch im Zentrum unserer eigenen Milchstraße zu sehen?“, sagte die beteiligte Informatikerin Katie Bouman vom California Institute of Technology (Caltech) bei einer Pressekonferenz in den USA.

Acht Radioteleskope nehmen Sagittarius A* auf

„Wir haben das nächste Level erreicht“, freute sich Anton Zensus vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn, einer der Haupt-Initiatoren des EHT-Projekts. Für die Aufnahme seien die größten Radioteleskope der Welt zu einer einzigen Kamera von der Größe der Erde vereint worden.

Ein Vergleich mit Computermodellen zeige unter anderem, dass das Schwarze Loch rotiert, berichten die Wissenschaftler in einer Sonderausgabe des Fachmagazins „Astrophysical Journal Letters“. Für die Aufnahme wurden acht Radioteleskope auf vier Kontinenten zusammen geschaltet. Gemeinsam bilden sie das Event Horizon Telescope (EHT, Ereignishorizont-Teleskop). Als Ereignishorizont bezeichnen Wissenschaftler die Grenze um ein Schwarzes Loch, hinter die sich nicht blicken lässt – weil aus dem Bereich dahinter nichts, nicht einmal Licht, entkommen kann.

Leuchtender Ring um supermassereiches Schwarzes Loch

HANDOUT - 12.05.2022, ---: Die Kombo zeigt ein Bild des Schwarzen Lochs im Zentrum der riesigen Galaxie Messier 87 (l) und das erste Bild von Sagittarius A*, dem Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße (undatiertes Handout, das am 12.05.2022 freige
Links ist das Zentrum der Galaxie M87 und rechts das unserer Milchstraße.

Die Daten der Teleskope werden mit speziellen Supercomputern kombiniert, so dass sich ein gigantisches virtuelles Teleskop vom Durchmesser der Erde ergibt. Es besitzt eine Detailschärfe, mit der sich vom Mond aus eine Apfelsine auf der Erde identifizieren ließe, wie beteiligte Forscher einmal erläuterten. Oder aber von Berlin aus eine Zeitung in New York lesen.

Nach jahrelanger Vorarbeit hatten die EHT-Forscher - insgesamt rund 80 Institute mit 300 Wissenschaftlern – im Jahr 2017 erste Beobachtungen mit dem Teleskop-Netzwerk durchführen können. Nach der komplizierten Auswertung der Daten präsentierte das Team 2019 das erste Foto eines Schwarzen Lochs – oder genauer: seiner unmittelbaren Umgebung. Das Bild zeigt einen leuchtenden Ring um das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der rund 55 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M87. Die Masse des Schwarzen Lochs ist gewaltig: Es entspricht der Masse von 6,5 Milliarden Sonnen.

Gas auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt

Aber die Forscher hatten die vielen Radioantennen des EHT im April 2017 nicht nur auf diese ferne Galaxie, sondern auch auf das mit 27.000 Lichtjahren viel näher liegende Zentrum der Milchstraße gerichtet, in dem sich ebenfalls ein massereiches Schwarzes Loch befindet. Doch obwohl dieses Objekt namens Sagittarius A* der Erde viel näher ist, erwies sich die Auswertung der Beobachtungsdaten als weitaus schwieriger. „Die Strahlung des Schwarzen Lochs von M87 ist über Stunden hinweg konstant“, erläuterte Anton Zensus vom MPIfR in Bonn. „Das Objekt im galaktischen Zentrum dagegen verändert sich schon im Verlauf weniger Minuten. Wir mussten deshalb völlig neue Methoden für die Auswertung entwickeln.“

Das Gas in der Nähe der Schwarzen Löcher bewege sich in beiden Fällen fast so schnell wie das Licht, erläuterte der EHT-Wissenschaftler Chi-kwan Chan vom Steward Observatory in den USA. Zum Umkreisen des wesentlich größeren Schwarzen Lochs in M87 brauche es dennoch Tage bis Wochen – beim viel kleineren Schwarzen Loch der Milchstraße hingegen nur wenige Minuten. Helligkeit und Muster in der Umgebung änderten sich entsprechend schnell. Es sei „ein bisschen so, als würde man versuchen, ein scharfes Bild von einem Welpen zu machen, der schnell seinen Schwanz jagt“.

Erstes Foto aus dem Zentrum der Milchstraße

ACHTUNG: DIESER BEITRAG DARF NICHT VOR DER SPERRFRIST, 25. Februar 19.00 UHR, VERÖFFENTLICHT WERDEN! EIN BRUCH DES EMBARGOS KÖNNTE DIE BERICHTERSTATTUNG ÜBER STUDIEN EMPFINDLICH EINSCHRÄNKEN.HANDOUT -  Astronomen haben im jungen Universum ein monströ
Bei dem leuchtenden Ring handelt es sich um aufgeheiztes Gas, das um das Schwarze Loch herumwirbelt, die sogenannte Akkretionsscheibe.

Fünf Jahre nach den Beobachtungen können die Astronomen jetzt endlich das Ergebnis präsentieren – das erste Foto vom Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße. Wie bei M87 zeigt sich auch hier ein leuchtender Ring um einen dunklen Kern. Diesen dunklen Bereich bezeichnen die Forscher als «Schatten» des Schwarzen Lochs - er ist etwa doppelt so groß wie der eigentliche Ereignishorizont, weil das Licht durch die starke Gravitation um das Schwarze Loch herum gelenkt wird und somit sowohl Vorder- als auch Rückseite des Objekts zu sehen sind.

Bei dem leuchtenden Ring handelt es sich um aufgeheiztes Gas, das um das Schwarze Loch herumwirbelt, die sogenannte Akkretionsscheibe. Die Gravitation zwingt auch die von diesem Gas ausgehende Strahlung auf gekrümmte Bahnen und sorgt so für einen verzerrten Blick auf die Umgebung des Schwarzen Lochs.

Großer Erfolg für die Wissenschaft

In der Milchstraße kreist unsere Sonne zusammen mit 200 oder 300 Milliarden anderen Sternen sowie Gas- und Staubwolken um Sagittarius A*. Für die EHT-Forscher ist das Foto des galaktischen Zentrums ein großer Erfolg, gleichwohl aber auch nur ein erster Schritt. „Wir haben Bilder von zwei Schwarzen Löchern – eines am oberen und eines am unteren Ende der supermassereichen Schwarzen Löcher im Universum – so dass wir bei der Untersuchung des Verhaltens der Schwerkraft in diesen extremen Umgebungen viel weiter vorankommen können als jemals zuvor“, sagte EHT-Wissenschaftler Keiichi Asada von der Academia Sinica in Taipeh.

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(dpa/kfb)