Erstes Foto eines Schwarzen Lochs - wissenschaft.de
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Astronomie+Physik

Erstes Foto eines Schwarzen Lochs

Das erste Bild eines Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie Messier 87 (Bild: EHT Collaboration)

Schwarze Löcher sind Orte ohne Wiederkehr – ihre enorme Schwerkraft verschluckt selbst das Licht. Aus diesem Grund ist es bisher noch nie gelungen, ein Schwarzes Loch direkt sichtbar zu machen. Doch jetzt haben Astronomen diesen Meilenstein geschafft: Mithilfe des „Event Horizon Teleskops“ – einem weltweiten Zusammenschluss von Radioteleskopen – haben sie die erste Aufnahme vom Ereignishorizont des zentralen Schwarzen Lochs in der Galaxie M87 erstellt. Das Foto zeigt klar erkennbar den hellen Ring des Ereignishorizonts um den dunklen Schatten des Schwarzen Lochs. Und es enthüllt auch die Masse dieses Schwerkraftgiganten im Herzen der Galaxie.

Schon Albert Einstein postulierte, dass es im Kosmos Objekte gibt, die mit klassischer Physik kaum mehr beschreibbar sind. Denn sie konzentrieren enorme Massen in nur einem einzigen Punkt. Als Folge krümmen sie die Raumzeit so stark, dass es für Licht und Materie kein Entkommen gibt. Haben sie eine bestimmte Grenze passiert, den Ereignishorizont, werden sie unaufhaltsam ins Innere des Lochs gesogen. Weil dieses Objekt dadurch lichtlos und schwarz erscheint, prägte 1967 der Physiker John Archibald Wheeler dafür den Begriff des „Schwarzen Lochs“. Heute wissen wir, dass Schwarze Löcher aus kollabierenden Sternen entstehen, aber auch als besonders massereiche Vertreter ihrer Art im Zentrum der meisten Galaxien sitzen. Auch unsere Milchstraße besitzt ein solches zentrales Schwarzes Loch von rund vier Millionen Sonnenmassen: Sagittarius A*. Doch bisher ist es Astronomen noch nie gelungen, ein Schwarzes Loch direkt abzubilden – auch nicht den „nur“ 25.000 Lichtjahre von uns entfernten Sagitarius A*.

Ein Teleskop so groß wie die Erde

Wie ein Schwarzes Loch und sein Ereignishorizont aussehen, wussten Astronomen bislang nur aus Simulationen und astrophysikalischen Modellen. Sie sagen voraus, dass die enorme Schwerkraft des Schwarzen Lochs das Licht in seinem nahen Umfeld stark krümmt. Sowohl die Strahlung, die die Materie kurz vor ihrem Verschlungenwerden abgibt, als auch Licht aus dem Sternenhintergrund werden dadurch in einem Ring rund um den Ereignishorizont konzentriert. Nach Einsteins Relativitätstheorie müsste das Schwarze Loch daher einen dunklen, kreisrunden Schatten erzeugen, der von einem dünnen hellen Lichtring umgeben ist. Doch ob der Schatten des Schwarzen Lochs tatsächlich symmetrisch ist, wie von Einstein vorhergesagt, ließ sich bisher nicht feststellen – und damit auch nicht, ob Einstein Recht behält.

Doch nun ist Astronomen der große Durchbruch gelungen – mithilfe eines weltumspannenden Projekts. Denn für die Beobachtung des Schwarzen Lochs im Herzen der Milchstraße haben sie acht über den Globus verteilte Radioteleskope so zusammengekoppelt, dass die einzelnen Antennen wie eine einzige große Teleskopschüssel wirken. Im April 2017 richteten sie dieses virtuelle „Event Horizon Teleskop“ mehrere Tage lang auf die Galaxie M87. Ob dabei brauchbare und vor allem ausreichend scharfe Aufnahmen herauskommen würden, war allerdings unklar. Denn das supermassereiche Schwarze Loch istvon der Erde aus gesehen winzig klein. Weil das Schwarze Loch selbst keinerlei Licht abstrahlt, fokussierten die Forscher ihre Teleskope auf den Ereignishorizont – die Zone, in der Materie kurz vor dem Verschlungenwerden noch Strahlung abgibt. Anschließend benötigten sie zwei Jahre, um die während der Beobachtungszeit gesammelten Daten zu filtern und zu verarbeiten.

Kreisrunder Schatten und leuchtender Ring

Jetzt liegt das Ergebnis vor. Zum ersten Mal haben Astronomen das Foto eines Schwarzen Lochs aufgenommen. Die EHT-Beobachtungen zeigen eine ringförmige Struktur mit einer dunklen Zentralregion – dem Schatten des Schwarzen Lochs. „Dieser Schatten, hervorgerufen von Verformung durch die Schwerkraft und Lichteinfang durch den Ereignishorizont, verrät uns eine Menge über die Natur dieser faszinierenden Objekte“, erklärt Heino Falcke von der Radboud-Universität in Nijmegen. Denn anhand der Maße des Lichtrings können die Astronomen nun erstmals die Masse des Schwarzen Lochs genauer ermitteln. Demnach umfasst es rund 6,5 Milliarden Sonnenmassen. „Das ist wirklich ein enormes Schwarzes Loch“, so Zensus.

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Gleichzeitig gibt das erste Foto eines Schwarzen Lochs Aufschluss darüber, ob Einsteins Vorhersagen und die auf ihnen beruhenden astrophysikalischen Modelle korrekt sind. „Sobald wir sicher waren, dass wir den Schatten aufgenommen hatten, konnten wir unsere Beobachtungen mit umfangreichen Computermodellen vergleichen, die die Physik des verzerrten Raums, von heißer Materie und starken Magnetfeldern beinhalten“, sagt Paul Tho, Direktor des East Asian Observatory. Und tatsächlich: „Viele der Merkmale des beobachteten Bildes entsprechen unserem theoretischen Verständnis überraschend gut. Das macht uns zuversichtlich für die Interpretation unserer Beobachtungen, einschließlich unserer Abschätzung der Masse des Schwarzen Lochs.“

Damit ist den Astronomen ein historischer Meilenstein gelungen – und ein wichtiger Schritt dahin, die letzten Geheimnisse der Schwarzen Löcher zu lüften. „Unsere Ergebnisse ermöglichen uns zum ersten Mal einen klaren Blick auf ein supermassereiches Schwarzes Loch und sie markieren einen wichtigen Meilenstein für unser Verständnis der fundamentalen Prozesse, die die Bildung und die Entwicklung von Galaxien im Universum bestimmen“, sagt Anton Zensus, Direktor am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und Vorsitzender des EHT-Leitungsgremiums.

Quelle: Event Horizon Telescope/ Max-Planck-Institut für Radioastronomie

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