Ein „Durchbruch für die Menschheit“: 200 Astrophysiker in einem Teleskop-Netzwerk haben die erste Aufnahme eines Schwarzen Lochs erstellen können. Damit bestätigen sie auch Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie.
Viel sieht der Laie ja nicht: einen dunklen Fleck, umgeben von einem leuchtenden Ring. Aber selten wurde eine Aufnahme mit solcher Spannung erwartet wie diese. In sechs gleichzeitig abgehaltenen Pressekonferenzen rund um den Globus verkündete das Team des Teleskop-Netzwerks Event Horizon am Mittwochnachmittag einen „gewaltigen Durchbruch für die Menschheit“: die erste Aufnahme eines Schwarzen Lochs. Das Bild liefert nicht nur neue Aufschlüsse über diese extremsten Phänomene des Universums. Vor allem bestätigt es eindrucksvoll einen der wichtigsten Eckpfeiler unseres physikalischen Weltbilds: die Allgemeine Relativitätstheorie, die Albert Einstein vor über hundert Jahren aufgestellt hat. Hier die Hintergründe zu dieser denkwürdigen „Astro-Show“.
1. Was können wir von einem Schwarzen Loch überhaupt sehen oder sichtbar machen?
Nicht das Loch selbst. Es geht ja um eine Stelle im Raum, an der sich Masse extrem verdichtet. Die Schwerkraft hält dort nicht nur die Materie, sondern auch das Licht und andere elektromagnetische Strahlung gefangen. Im Schlund eines Schwarzen Lochs verschwindet die Information für immer. Innerhalb des „Ereignishorizonts“, der es begrenzt, lassen sich Ereignisse der Raumzeit nicht mehr beobachten. Im innersten Punkt, der „Singularität“, sind dann sogar die Gesetze der Physik aufgehoben.
Sehr wohl sichtbar ist aber der Einfluss auf die Umgebung. Wenn das Schwarze Loch keine Materie und Strahlen, die seine Masse erweitern, „zu fressen kriegt“, gibt es auch knapp außerhalb von ihm nichts zu sehen; seine Existenz lässt sich dann dennoch nachweisen, etwa durch die Wirkung der Gravitation auf Bahn und Geschwindigkeit anderer Himmelskörper. Wenn aber Materie hineinstürzt, wird sie schon nahe am Ereignishorizont beschleunigt und durch Reibung einige Millionen Grad heiß. Die freigesetzte Energie lässt sie hell leuchten.
Also hat man als sichtbare Silhouette des unsichtbaren Schwarzen Lochs einen leuchtenden Ring erwartet – und diese Erwartung wurde nicht enttäuscht.
2. Was wissen wir über das Schwarze Loch, das ins Visier genommen wurde?
Es gibt grob gesagt zwei Gruppen dieser Phantome des Universums: weniger schwere, die beim Verglühen eines Sterns entstehen – was von einer Supernova-Explosion überbleibt, kollabiert zum Schwarzen Loch. Und „supermassereiche“, die sich im Zentrum einer Galaxie befinden (vermutlich von jeder; vielleicht stabilisieren sie diese auch). Wie sie entstanden sind, ist bisher ein Rätsel. Zwei solche Massemonster waren im Visier des Projekts. Fündig wurden die Forscher in der Riesengalaxie Messier 87 (oder kurz M87), einem der größten Nachbarn der Milchstraße im Sternbild der Jungfrau. Ihr Zentrum ist ein Schwarzes Loch, das um 6,5 Milliarden Mal mehr Masse hat als unsere Sonne. Sein Ereignishorizont hat einen Durchmesser von 40 Milliarden Kilometern, was mehr als dem Dreifachen der Umlaufbahn von Pluto entspricht. Das sieht man dem kleinen schwarzen Fleck auf dem Bild nicht an. Das Objekt ist aber auch 55 Millionen Lichtjahre entfernt. Die Aufnahmen zeigen auch, dass sich der leuchtende Ring dreht, fast mit Lichtgeschwindigkeit. Damit haben wir es mit dem rotierenden Schwarzen Loch zu tun. Es krümmt die Raumzeit nicht nur, sondern lässt sie auch mit sich drehen. Die Materie fällt nicht direkt hinein, sondern rotiert auf einer rotierenden Scheibe. Zum Teil wird sie in das Loch gezogen, wie Wasser in einem Strudel in den Abfluss eines Waschbeckens fließt. Zum Teil wird sie aber auch hinaus ins Weltall geschleudert.
Nicht gelungen ist offenbar ein Bild des zweiten, viel näher gelegenen Schwarzen Lochs, das die Forscher anvisiert haben: Sagittarius A* ist das größte Schwarze Loch unserer Galaxie, der Milchstraße, und befindet sich in deren Mittelpunkt, in Richtung des Sternbilds Schütze.
3. Wie kann man Bilder von diesen „Phantomen des Universums“ erstellen?
Um ein Bild von einem so unfassbar weit entfernten Objekt einfangen zu können, schufen die Astronomen einen Verbund von acht Radioteleskopen. Sie stehen möglichst weit voneinander entfernt, von Grönland bis zur Antarktis. Dieses virtuelle Superteleskop hat also einen Durchmesser, der so groß ist wie die Erde. Das ermöglicht die nötige Auflösung und Bildschärfe. Sie würden erlauben, in Wien eine Zeitungsseite in New York zu lesen. Das „Foto“ wurde schon im April 2017 gemacht – an einem der seltenen Tage, an denen an allen acht Orten das Wetter gut und der Himmel klar war. Seitdem hat das 200-Mitarbeiter-Team die Daten zusammengeführt (für die Festplatte im äußersten Süden mussten sie erst den antarktischen Sommer abwarten). In Instituten in Massachusetts und in Bonn wurden die Impulse elektromagnetisch rekonstruiert und damit das endgültige Bild erstellt.
4. Was hat das alles mit Einstein und seiner Relativitätstheorie zu tun?
1905 entwarf Albert Einstein die Spezielle Relativitätstheorie, die Raum und Zeit zur vierdimensionalen Raumzeit zusammenfasst. 1915 folgte die Allgemeine Relativitätstheorie. Sie erklärt die Schwerkraft aus der Geometrie der Raumzeit. Bisher hat sie jedem Test standgehalten. Besonders bewähren muss sie sich freilich an den Stellen der Raumzeit, an denen die extremsten Gravitationsbedingungen herrschen: den Schwarzen Löchern. Was wir von ihnen zu wissen glauben, ist großteils aus dieser Theorie abgeleitet. Für den Ereignishorizont sagt sie eine annähernde Kreisform voraus, für das Licht in seiner Nähe eine Krümmung.
Einsteins Theorie hat sich einmal mehr bestätigt. Die Annahmen und Berechnungen, für die Astrophysiker sie nutzten, haben sich nun auch in einem empirischen Experiment bewährt. Sie können also aufatmen – und weiterforschen.
("Die Presse", Print-Ausgabe, 11.04.2019)
