Vor nicht allzu langer Zeit war die Idee, ein Schwarzes Loch zu fotografieren, so weltfremd wie das Fotografieren eines Einhorns. Jetzt haben Wissenschaftler nicht nur ein, sondern zwei Bilder von zwei verschiedenen supermassereichen Schwarzen Löchern – und beide sehen so magisch aus wie flammende Donuts.
„Ich erinnere mich, als Schwarze Löcher rein theoretisch waren“, sagte Ellen Stofan, Staatssekretärin für Wissenschaft und Forschung am Smithsonian und ehemalige Chefwissenschaftlerin der NASA, während eines Post-Reveal-Panels am Donnerstag. Das von Stofan moderierte Gespräch brachte vier Mitglieder des von Harvard geführten Wissenschaftlerteams zusammen, das der Welt 2019 das erste Bild eines Schwarzen Lochs enthüllte – eines Ungetüms, das nach seiner Galaxie Messier 87 M87 genannt wurde. Stunden vor der Podiumsdiskussion, Das Team teilte ein zweites Bild – eine Nahaufnahme von Sagittarius A-Star (oder Sgr A*), dem Schwarzen Loch, das Licht und kosmischen Schutt im Zentrum unserer eigenen Milchstraße nascht.
„Es besteht kein Zweifel, dass wir zum ersten Mal Schwarze Löcher gesehen haben“, sagte Shep Doeleman, Gründungsdirektor der Event Horizon Telescope Collaboration, einem internationalen Team von mehr als 100 Wissenschaftlern unter der Leitung des Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian. „Es ist der Beginn einer neuen Ära in der Astronomie.“
In dieser neuen Ära könnten Wissenschaftler Einsteins lange gehegte Theorien zur Schwerkraft und Relativitätstheorie beweisen – oder widerlegen –, die Erde 2.0 finden oder ein Wurmloch in einem anderen Universum entdecken. (Letzteres wird für Doeleman nicht so schwer sein, der frech sagte, dass er aus einem anderen Universum stamme.)
Ein Schwarzes Loch zu fotografieren ist noch schwieriger als es sich anhört. Um Bilder von so weit entfernten Objekten aufzunehmen, „bräuchte man ein Teleskop von der Größe der Erde“, sagte Kari Haworth, Ingenieur und Chief Technology Officer des Center for Astrophysics. „Wir haben das nicht gemacht, weil das unmöglich ist und es die Ansichten vieler Menschen ruinieren würde“, sagte sie.
Stattdessen verwandelten die Forscher die Erde in ein riesiges Teleskop, indem sie einzelne Maschinen koordinierten, die in Hawaii, Chile, Mexiko, Spanien, Frankreich und anderen Orten positioniert waren. Jedes Team musste genau zur gleichen Zeit ein Foto machen. Da Schwarze Löcher alles verschlingen, was ihnen zu nahe kommt – sogar Licht –, können sie nicht gesehen werden. Aber ihre massive Schwerkraft zieht Licht und Trümmer in der Nähe an und komprimiert sie, wodurch ein sich drehender Gaswirbel entsteht, der vor Energie nur so strotzt. „Fallende Materie in Leuchtkraft verwandeln“, so formulierte es Doeleman.
Diese Leuchtkraft kann man sehen und fotografieren. Ein Teil des Lichts, das in das Gravitationsfeld des Schwarzen Lochs gezogen wird, macht eine Kehrtwendung oder einen Loop-de-Loop, bevor es entweicht und in Richtung Erde schießt und ein Bild davon trägt, woher es kam. Das letzte Foto des EHT-Teams ist eine Zusammenstellung von Bildern, die von jedem Teleskop aufgenommen und übereinander gestapelt wurden. Um all diese Daten zu kombinieren – die leicht sind und zu einem sehr genauen Zeitpunkt erfasst wurden – musste das Team eine weitere seltsame Leistung vollbringen. Jedes Teleskopteam fror sein Licht ein, speicherte es auf Festplatten (es ist zu massiv, um es über das Internet zu senden) und flog es per Flugzeug zu einem zentralen Ort.
M87, das erste Schwarze Loch, das die Sternbehandlung erhielt, ist etwa 1.000 Mal größer als der Schütze-A-Stern und weitaus stabiler, aber die Bilder kamen fast gleich heraus, ein Coup für das EHT – und Albert Einstein. Einstein stellte die Theorie auf, dass Schwarze Löcher nur drei Eigenschaften haben – Masse, Spin und Ladung – und keine „Haare“ (wie Astrophysiker gerne zusätzliche Eigenschaften nennen). Der einzige Unterschied ist eine leichte Unschärfe im Bild des Schützen-A-Sterns. Das Schwarze Loch unserer Galaxie ist unruhiger, zappeliger wie ein Kleinkind, und es ist schwieriger, ein klares Bild von etwas aufzunehmen, das sich ständig verändert, sagte der Astrophysiker Paul Tiede. Außerdem gibt es zwischen uns und dem Schütze-A-Stern eine kosmische Suppe, die die Bilder ganz leicht verdeckt. „Trotzdem“, sagte Tiede, „bin ich immer noch beeindruckt, wie ähnlich sich diese Bilder sind.“
So wie Schwarze Löcher beschrieben werden, könnte man erwarten, dass sie unersättliche Monster sind, die alles im Weltraum aufsaugen wie ein Badewannenabfluss. Nicht genau. Obwohl sie die mächtigsten Objekte im Universum sind – Doeleman sagte, ein Schwarzes Loch, das durch die Faltung der Erde in zwei Hälften entsteht, könnte Manhattan ein Jahr lang mit Energie versorgen – verschlingen sie keine ganzen Galaxien, sondern verzerren nur die Raumzeit und verdrängen Objekte von ihrem Bestimmungsort Pfade.
Das sind gute Neuigkeiten, denn das EHT-Team vermutet, dass es im Zentrum jeder Galaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch gibt. Aber selbst mit diesen neuen Bildern, sagte Tiede: „Wir wissen kaum etwas über sie.“ (Auf die Frage, warum die Schwarzen Löcher Donut-förmig sind, antwortete er: „Weil sie köstlich sind.“)
„Schwarze Löcher leben an der Grenze unseres derzeitigen Wissens über Physik und Astrophysik“, sagte Angelo Ricarte, der sein schwarzes Loch namens Poe – eine weiche schwarze Kugel mit zwei Kulleraugen – zur Podiumsdiskussion mitbrachte. Diese neuen Bilder helfen Ricarte und anderen Wissenschaftlern bereits dabei, die seltsame Physik der überhitzten Gase zu untersuchen, die die Schwarzen Löcher umkreisen, sowie wie die Giganten Strahlen dieser Gase eine Million Lichtjahre lang in jede Richtung speien. Diese Jets, sagte Ricarte, könnten helfen, „unsere kosmische Ursprungsgeschichte“ zu erklären, tiefgreifende Auswirkungen auf die Entwicklung unserer Galaxie haben oder Theorien des ganz Großen mit dem ganz Kleinen verbinden, um eine Theorie von allem zu unterstützen. „Es gibt viele Dinge, die wir in diesem extremen Umfeld immer noch nicht vollständig verstehen“, sagte er.
Um ein besseres Verständnis zu erlangen, will Doeleman ein noch größeres Teleskop bauen, indem er ein weiteres Bildgebungsgerät auf einen Satelliten bringt, der die Erde umkreist. Er hofft auch, etwas Aufregenderes als ein Foto eines Schwarzen Lochs aufzunehmen: einen Film eines Schwarzen Lochs.
„Wenn wir die Bahnen der Materie zeitlich bestimmen könnten, wäre das ein ganz anderer Test von Einsteins Theorie“, sagte er.
Diese Geschichte wird mit freundlicher Genehmigung von veröffentlicht Harvard Gazette, die offizielle Zeitung der Harvard University. Weitere Universitätsnachrichten finden Sie unter Harvard.edu.