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Astronomie+Physik

Top-Highlight des Jahres: Das Foto eines Schwarzen Lochs

Schwarzes Loch
Ein Schwarzes Loch steht im Mittelpunkt der Jahres-Highlights 2019 (Bild: Science Magazin)

Jedes Jahr kürt das Fachmagazin „Science“ die zehn Highlights des Jahres – und lässt so das wissenschaftliche Jahr noch einmal Revue passieren. 2019 hat die Jury das erste Foto eines Schwarzen Lochs an die Spitze gesetzt – einen astronomischen Meilenstein, der lange als unmöglich galt. Das Bild macht erstmals den dunklen Schatten des Schwarzen Lochs, umgeben von einem hellen Lichtring ausglühenden Gasen, sichtbar. Ebenfalls unter den Highlights des Jahres sehen die „Science“-Editoren unter anderem die erste Gesichtsrekonstruktion eines Denisova-Menschen, einen Quantencomputer, der den weltbesten Supercomputer geschlagen hat und eine wirksame Therapie gegen Ebola.

Was waren die herausragenden wissenschaftlichen Erkenntnisse und Entdeckungen in diesem Jahr? Welche Entwicklung hat besonderes Zukunftspotenzial? Jedes Jahr kurz vor Weihnachten küren die Redakteure und Herausgeber des Fachmagazins „Science“ ihre Top Ten des Jahres: die Forschungsergebnisse und Entdeckungen, die sie für die bedeutendsten halten. Eines der zehn wählen sie dabei zum Durchbruch des Jahres. Unter den vergangenen Jahreshighlights waren 2018 die Embryonalentwicklung, 2017 der erste Nachweis einer Neutronenstern-Kollision, 2016 die ersten aus dem All eingefangenen Gravitationswellen und 1015 die Genschere Crispr/Cas9. Zusätzlich zu diesen „offiziell“ gekürten Highlights bekommen auch die Leserinnen und Leser des Fachmagazins eine Stimme und können über ihre Favoriten abstimmen.

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

„Ein ikonisches Bild“

In diesem Jahr stammt der Durchbruch des Jahres aus der Astronomie: Es ist das erste Foto eines Schwarzen Lochs. Schwarze Löcher sind im Kosmos allgegenwärtig, denn sie entstehen bei Supernovae massereicher Sterne und sitzen als supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum jeder Galaxie. Dennoch sind sie für unsere Augen und auch die Teleskope unsichtbar. Weil die enorme Schwerkraft des Schwarzen Lochs alle Strahlung einsaugt, ist es nur an der Abwesenheit jeglichen Lichts an diesem Punkt indirekt erkennbar. Doch schon Albert Einstein hatte vorgesagt, dass sich ein Schwarzes Loch durch den hellen Strahlenring der um den Ereignishorizont kreisenden Gase verraten müsste. Auf Basis seiner Allgemeinen Relativitätstheorie postulierte er, dass die enorme Krümmung der Raumzeit am Schwarzen Loch einen dunklen, kreisrunden Schatten erzeugen müsste, der von einem dünnen hellen Lichtring umgeben ist. Wäre der Schatten jedoch seitlich verschoben, wäre dies eine Abweichung von seiner Theorie.

Lange verfügten die Astronomen jedoch nicht über die nötigen Instrumente, um eine solche Aufnahme zu erstellen. Doch im April 2017 gelang es ihnen, Radioteleskope rund um die Welt so zusammenzuschalten, dass sie wie ein einziges erdgroßes Teleskop wirkten. Mit diesem „Event Horizon Telescope“ nahmen sie das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der 55 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M87 ins Visier. Zwei Jahre dauerte es, bis die Wissenschaftler die dabei gesammelten Beobachtungsdaten synchronisiert und verarbeitet hatten, dann war die Aufnahme fertig – das erste Foto eines Schwarzen Lochs. In ihr ist deutlich ein heller Lichtring um den dunklen Schatten des zentralen Schwerkraftgiganten zu erkennen – und wie von Einstein vorhergesagt, liegt dieser Schatten mittig im Lichtring.

„Ich bin quasi fassungslos – ich glaube nicht, dass irgendeiner von uns sich hätte vorstellen können, dass ein so ikonisches Bild dabei herauskommt“, sagt der Astrophysiker Roger Blandford von der Stanford University. Das vom Event-Horizon-Team erstellte Foto zierte weltweit die Titelseiten der Zeitungen und Magazine und verbreitete sich rasend schnell im Internet. Denn erstmals wurde mit ihm eines der rätselhaftesten und faszinierendsten Phänomene des Kosmos sichtbar. „Dieses Jahr war insgesamt ein gutes Jahr für die Wissenschaft, aber was könnte wundersamer sein als die Möglichkeit, ein Schwarzes Loch tatsächlich zu sehen?“, sagt Tim Appenzeller, News-Redakteur von „Science“. „Das klingt fast magisch, aber in Wirklichkeit war es eine erstaunliche Leistung durch Teamwork und Technologie.“

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Dinokiller, Weltraumbrocken und das Gesicht der Denisova

Doch auch zwei weitere kosmische Phänomene haben es unter die Highlights des Jahres 2019 geschafft. Das erste ist der Einschlag des Asteroiden, der vor 66 Millionen Jahren die Ära der Dinosaurier beendete. Mithilfe von 2016 aus dem Einschlagskrater in Yucatan geborgenen Bohrkernen gelang es Forschern in diesem Jahr erstmals, das Geschehen unmittelbar nach diesem katastrophalen Einschlag zu rekonstruieren. Ihre Ergebnisse enthüllten, dass der Chicxulub-Einschlag schon in den ersten Minuten und Stunden eine enorme Zerstörungskraft entfaltete. Allein die kurzfristigen Folgen des Impakts könnte schon am ersten Tag nahezu alles Leben im Umkreis von mehreren tausend Kilometern vernichtet haben. Das zweite astronomische Highlight ist der erste nahe Vorbeiflug einer Raumsonde an einem Objekt des Kuipergürtels – einem Gürtel eisiger Brocken jenseits des Neptun. Die NASA-Raumsonde New Horizons sendete nach ihrer Passage des „Arrokoth“ getauften Brockens das Foto eines zweikugeligen, wie aus zwei Schneebällen verschmolzenen Objekts. Dieses lieferte den Planetenforschern wertvolle Erkenntnisse dazu, wie heute und auch in der Frühzeit des Sonnensystems solche Planetenbausteine miteinander verklumpen.

Zurück in die Menschheitsgeschichte führt uns ein Highlight, das von den „Science“-Editoren und den Lesern gleichermaßen unter die Top Ten gewählt wurde: Wissenschaftler haben erstmals rekonstruiert, wie die Denisova-Menschen aussahen und gaben damit einem unserer ausgestorbenen Verwandten erstmals ein Gesicht. Basis dieser Rekonstruktion war genetisches Material, das die Forscher aus dem Kieferknochen einer Frühmenschenfrau isolierten. Aus den chemischen Anhängen an der DNA konnten die Forscher Rückschlüsse auf die Genaktivität und damit einige Merkmale des Aussehens dieser Menschen ziehen. Demnach hatten die Denisova-Menschen ein eher breites Gesicht mit fliehender Stirn, unterschieden sich aber durchaus von den Neandertalern.

Ebola, Mukoviszidose und das Supremat der Quanten

Zwei weitere Highlights des Jahres 2019 stammen aus der Medizin. Unter ihnen ist ein entscheidender Durchbruch gegen das tödliche Ebola-Virus. Denn Medizinern ist es erstmals gelungen, zwei verschiedene, auf Antikörpern basierende Mittel zu entwickeln, die die Todesrate bei den Erkrankten drastisch senken. In klinischen Studien im Kongo überlebten 70 Prozent der mit diesen Mitteln behandelten Patienten das hämorrhagische Fieber. Dieses Ergebnis war so überzeugend, dass die Tests vorzeitig abgebrochen wurden, um die Zulassung der Wirkstoffe zu beschleunigen. Einen weiteren Durchbruch erzielte die Medizin in diesem Jahr bei einem Heilmittel gegen Mukoviszidose. Eine Kombinations-Gentherapie aus drei Substanzen korrigiert dabei die Gendefekte, die am häufigsten für diese Lungenerkrankung verantwortlich sind. Den klinischen Studien nach verbessert dies die Lebenserwartung und Lebensqualität von Betroffenen erheblich. Einziger Wermutstropfen: Die Behandlung ist sehr teuer und muss lebenslang fortgesetzt werden.

Aus dem Bereich der Computerwissenschaften schafften es ebenfalls zwei Durchbrüche in die Top Ten 2019. Das erste ist das heiß diskutierte Quanten-Supremat, das der Google-Quantencomputer „Sycamore“ unter Beweis gestellt haben soll. Das aus 54 Quantenbits bestehende System löste eine Aufgabe in rund drei Minuten, für die der weltbeste Supercomputer nach Angaben der Wissenschaftler 10.000 Jahre benötigt hätte. Zwar hielten Forscher des konkurrierenden Unternehmens IBM diese Einschätzung für weit überzogen, räumten aber ein, dass der Supercomputer vermutlich mehrere Tage benötigt hätte – und dies trotz 40.000 Prozessoren. Im Bereich der künstlichen Intelligenz gab es in diesem Jahr gleich mehrere wichtige Fortschritte. In einem davon siegte das KI-System „Pluribus“ in der Pokervariante „No-Limit Texas Hold’em“ gegen fünf Weltklassespieler gleichzeitig. Damit meisterte das System gleich zwei Herausforderungen: Es bewährte sich in der komplexen Situation eines Mehrspieler-Games und es bewältigte ein Spiel mit unvollständigen Informationen über das Blatt der Gegner, in dem es zudem noch aufs Bluffen ankommt.

Zu den weiteren Highlights des Jahres zählt „Science“ die erste erfolgreiche Kultivierung einer Tiefseemikrobe, die interessanterweise schon einige sonst für Eukaryoten – zellkerntragende Zellen – typische Gene aufweist. Diese Mikroben könnte damit schon einen ersten evolutionären Schritt in Richtung höherer, mehrzelliger Organismen absolviert haben. Um die praktische, heilsame Anwendung von Mikroben geht es in einer Neuentwicklung, die vor allem hungernden Kindern in Entwicklungsländern zugutekommen könnte. Wissenschaftler haben festgestellt, dass sich die Darmflora bei diesen Kindern nicht richtig entwickelt, wenn sie nur aus klassischen Hilfslieferungen von Milchpulver und Reis ernährt werden. Ein Konzentrat aus Kichererbsen, Banane, Erdnuss und Sojamehl jedoch half ihnen in einer klinischen Studie auf die Beine.

Quelle: Science, American Association for the Advancement of Science

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