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Astronomie+Physik

Erstes Foto des Schwarzen Lochs im Milchstraßenzentrum

Sagittarius A*
Aufnahme des supermassereichen Schwarzen Lochs im Herzen der Milchstraße.© EHT Collaboration

Lange blieb es verborgen, jetzt wird es erstmals sichtbar: Astronomen ist das erste Foto von Sagittarius A* gelungen, dem Schwarzen Loch im Zentrum unserer Milchstraße. Die Aufnahme des Event-Horizon-Teleskopverbunds zeigt den dunklen Schatten des supermassereichen Schwarzen Lochs, umgeben von einem hellen Strahlenring aus gebeugtem Licht. Das Foto liefert damit den ersten direkten visuellen Beweis für die Existenz dieses Schwarzen Lochs und bestätigt Einsteins Vorhersagen zum Erscheinungsbild solcher Schwarzen Löcher. Zudem erlaubt das Bild nun erste Vergleiche mit dem 2019 erstmals aufgenommenen Schwarzen Loch M87*, das rund tausendfach größer ist als Sagittarius A*.

Schon lange ist klar, dass im Zentrum nahezu aller Galaxien ein supermassereiches Schwarzes Loch sitzt. Auch im Herzen unserer Milchstraße verbirgt sich ein solcher Schwerkraftgigant – das zumindest legen indirekte Beobachtungen nahe. Demnach beeinflusst das gut vier Millionen Sonnenmassen umfassende Schwarze Loch die Bahnen unzähliger Sterne im Milchstraßenzentrum und dehnt auch das von ihnen ausgesendete Licht, wie Beobachtungen zeigen. Anhand der Bewegungen von Sternen und Gasen konnten Astronomen seine Position und Masse bestimmen sowie erste Hinweise auf weitere Merkmale wie die Rotation und Magnetfelder gewinnen. Weil das Schwarze Loch aber eher inaktiv ist und keine großen Materiemengen aufsaugt, blieb Sagittarius A* selbst unsichtbar. Erschwerend kommt hinzu, dass das Schwarze Loch zwar „nur“ 27.000 Lichtjahre entfernt liegt, es aber hinter dichtem Staub und Sternen verborgen ist. Zudem ist sein Ereignishorizont von uns aus gesehen nur so groß wie ein Tennisball auf dem Mond. Selbst die leistungsfähigsten Teleskope konnten daher nicht viel erkennen.

Verborgener Gigant im Visier

Das hat sich dank des Event-Horizon-Teleskopverbunds (EHT) nun geändert. Denn dieser weltumspannende Zusammenschluss von acht Radioteleskopen bildet eine virtuelle Antennenschüssel von fast Erdgröße. Die dadurch erzielte hohe Auflösung ermöglichte es den Astronomen der EHT-Kollaboration, die Strahlungssignatur von Sagittarius A* im Milchstraßenzentrum einzufangen. Dafür nahmen sie das Schwarze Loch im Jahr 2017 mehrere Nächte lang ins Visier. Das Erstellen des Fotos aus den Beobachtungsdaten war bei Sagittarius A* allerdings erheblich schwieriger als bei dem 2019 fotografierten tausendfach größeren Schwarzen Loch M87*.

Der Grund ist die schnelle Bewegung des leuchtenden Plasmas um unser „heimisches“ Schwarzes Loch: „Während das Gas Tage bis Wochen braucht, um das größere M87* zu umkreisen, vollendet es eine Umkreisung um das viel kleinere Sgr A* in nur wenigen Minuten“, erklärt Chi-kwan Chan von der University of Arizona. Dadurch änderten sich Helligkeit und Muster des Gases um Sagittarius A* während der Beobachtung ständig. „Das ist ein bisschen wie der Versuch, ein klares Bild von einem Welpen zu machen, der schnell seinem Schwanz nachjagt“, so Chan. Um das Foto zu erstellen, mussten die Astronomen daher unter enormem Rechenaufwand und mithilfe spezieller Analysewerkzeuge eine Art Durchschnitt aller erstellten Aufnahmen erstellen. Mehr als 300 Forschende aus 80 Instituten auf der ganzen Welt waren an dieser fünf Jahre dauernden Arbeit beteiligt.

Dunkler Schatten und heller Ring

Die resultierende Aufnahme zeigt zum ersten Mal das Aussehen des Schwerkraftgiganten im Herzen unserer Galaxie. Zu sehen ist in der Mitte der dunkle Schatten des Schwarzen Lochs – die Zone, aus der selbst Licht nicht mehr entweichen kann. Umgeben ist der Schatten von einem hellen Ring aus Strahlung, die von der Gravitation des Schwarzen Lochs festgehalten und gebeugt wird. Eine solche Ringbildung hat schon Albert Einstein für Schwarze Löcher vorhergesagt. „Wir waren verblüfft, wie gut die Größe des Rings mit den Vorhersagen von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie übereinstimmte“, sagte Geoffrey Bower vom Institut für Astronomie und Astrophysik der Academia Sinica in Taipeh. Das Bild von Sagittarius A* liefert damit den ersten direkten visuellen Beweis dafür, dass es sich bei dem Objekt im Milchstraßenzentrum tatsächlich um ein Schwarzes Loch handelt. „Diese beispiellosen Beobachtungen haben unser Verständnis dessen, was im Zentrum unserer Galaxie geschieht, erheblich verbessert“, sagt Bower. „Sie bieten neue Erkenntnisse darüber, wie diese riesigen Schwarzen Löcher mit ihrer Umgebung in Verbindung stehen.“

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M87* und SgrA*
Vergleich der Schwarzen Löcher M87* und Sagittarius A*. © EHT Collaboration

Gleichzeitig erlaubt es erste Vergleiche mit dem supermassereichen Schwarzen Loch M87*. Dieses liegt im Zentrum einer fernen Galaxie und ist weit massereicher und rund tausendfach größer als Sagittarius A*. „Wir haben nun Bilder von zwei Schwarzen Löchern – eines am oberen und eines am unteren Ende des Massenspektrums“, sagt Bowers Kollege Keiichi Asada. Der Vergleich beider Schwarzer Löcher ermöglicht es den Astronomen nun, die Gravitationseffekte solcher Schwerkraftgiganten besser zu erforschen und zu verstehen als zuvor. „Jetzt können wir die Unterschiede zwischen diesen beiden supermassereichen schwarzen Löchern untersuchen, um wertvolle neue Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie dieser wichtige Prozess funktioniert“, so Asada.

Die neue Aufnahme enthüllt bereits, dass sich die beiden Schwarzen Löcher trotz ihres Größenunterschieds bemerkenswert ähnlich sehen. „Das sagt uns, dass die Allgemeine Relativitätstheorie im Nahbereich für diese Objekte dominiert“, erklärt Sera Markoff von der Universität Amsterdam. Erst in größerer Entfernung vom Ereignishorizont kommen Unterschiede in Menge und Art des umgebenden Materials zum Tragen.

Quelle: Event Horizon Collaboration, European Southern Observatory

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