Astronomische Sensation Das Schwarze Loch im Herzen unserer Milchstraße

Markus Brauer

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

Wie macht man Unsichtbares sichtbar?

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 bereits zum zweiten Mal nach April 2019 gelungen. Damals war es das Schwarze Loch im Herzen der Galaxie M87. Diesmal mit dem Schwarzen Loch im Zentrum unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße – Sagittarius A*.

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 von Sagittarius A* wurden acht Radioteleskope auf vier Kontinenten zusammengeschaltet. Gemeinsam bilden sie das „Event Horizon Telescope“ (EHT) – das Ereignishorizont-Teleskop.

Lesen Sie weiter: Schwarzes Loch – Phantom des Universums

Was ist ein Ereignishorizont?

Als Ereignishorizont (auf Englisch: event horizon) 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. Die Daten der Teleskope werden mit speziellen Supercomputern kombiniert, so dass sich ein gigantisches virtuelles Teleskop vom Durchmesser der Erde ergibt.

Fünf Jahre nach den ersten Beobachtungen von Sagittarius A * können die Astronomen nun endlich das Ergebnis präsentieren: das erste Foto von Sagittarius A*, dem Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße.

Lesen Sie weiter: Schwarze Löcher – Neue mysteriöse Signale aus dem All

Was ist der Schatten Sagittarius A*?

Wie beim Schwarzen Loch 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.

Was ist M87?

M87 steht für Messier 87 – eine elliptische Riesengalaxie. Die etwa 55 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernte Galaxie befindet sich nahe dem Zentrum des Virgo-Galaxienhaufens.

Am 10. April 2019 wurde bestätigt, dass sich im Zentrum dieser Galaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch mit einer Masse von 6,5 Milliarden Sonnenmassen befindet.

Lesen Sie aus unserem Plus-Angebot: Astronomische Sensation – Ein Schwarzes Loch im Rampenlicht

Was ist ein Schwarzes Loch?

Schwarze Löcher sind eine der Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie, die Albert Einstein vor rund einem Jahrhundert aufgestellt hat. In ihnen ist die Masse von einigen bis mehreren Milliarden Sonnen auf einen Punkt komprimiert.

Durch die immense Gravitation kann aus der direkten Umgebung nicht einmal Licht entkommen, daher der Name. Schwarze Löcher können beispielsweise entstehen, wenn ausgebrannte Riesensterne unter ihrem eigenen Gewicht zusammenstürzen.

Wie kann ein Bild von einem Schwarzen Loch aussehen?

Ein Schwarzes Loch selbst ist auch für die besten Teleskope unsichtbar. Zeichnungen auf Grundlage der Allgemeinen Relativitätstheorie zeigen oft einen schwarzen Kreis mit einem strahlend hellen Ring.

Die Innenseite dieses Rings markiert den sogenannten Ereignishorizont, der dem Projekt seinen Namen gab. Er ist der Ort im Umkreis eines Schwarzen Lochs, von dem aus noch Licht entkommen kann. Man fotografiert also nur den strahlend hellen Ring um das Schwarze Loch.

Wieso leuchtet der Ereignishorizont?

Viele Schwarze Löcher verleiben sich neue Materie ein. Diese Materie fällt aber nicht auf direktem Weg ins Schwarze Loch. Stattdessen sammelt sie sich auf einer immer schneller rotierenden Scheibe – ähnlich wie Wasser in einem Strudel aus der Badewanne fließt.

In dieser sogenannten Akkretionsscheibe wird die Materie durch gegenseitige Reibung Millionen Grad heiß und leuchtet dadurch hell auf, bevor sie im Schlund des Schwerkraftmonsters für immer verschwindet.

Warum ist das so schwer abzulichten?

Schwarze Löcher besitzen zwar unvorstellbar viel Masse, sind dabei aber sehr klein. Ein Schwarzes Loch mit der Masse unserer Erde wäre beispielsweise nur so groß wie eine Kirsche. Zudem sind die Schwarzen Löcher sehr weit weg: Zum Zentrum der Milchstraße sind es 26 000 Lichtjahre. Ein Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt.

Wieso nutzen die Astronomen Radioteleskope?

Radiowellen sind genau wie sichtbares Licht elektromagnetische Wellen, sie haben nur eine sehr viel größere Wellenlänge. Ihr Vorteil ist, dass sie von Gas und Staub nicht so stark geschluckt werden. Die Schwarzen Löcher sind in der Regel von großen Mengen Gas und Staub umgeben, so dass sich der Ereignishorizont nur mit Radiowellen erspähen lässt.

Was bringt den Astronomen ein Bild von einem Schwarzen Loch?

Zum einen möchten die Astronomen klären, ob die Umgebung eines Schwarzen Lochs tatsächlich so aussieht wie erwartet. Tut sie es nicht, könnte das auf eine Abweichung von der physikalischen Theorie hinweisen.

Zum anderen erlauben solche Beobachtungen einen Test der Relativitätstheorie unter den extremsten Gravitationsbedingungen, die es im Universum gibt. Darüber hinaus sind auch viele Fragen zu den Schwarzen Löchern noch nicht geklärt, etwa wie die Materie genau in den Schlund strudelt.

Oder warum bei manchen Schwarzen Löchern ein Teil dieser Materie vor Erreichen des Ereignishorizonts in einem scharf gebündelten Strahl wieder hinausgeschleudert wird. Solche Erkenntnisse haben auch Auswirkungen auf das Bild, das Astrophysiker gegenwärtig von unserem Universum haben.

Wissen

Autor

 

Bilder