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Erstes Bild eines Schwarzen Lochs zeigt Zentrum der Galaxie M87

Astrophysikern ist es erstmals gelungen, die direkte Umgebung eines Schwarzen Lochs abzubilden und sogar den Ereignishorizont zu zeigen.

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Event Horizon Telescope: Erstes Bild eines Schwarzen Lochs zeigt Zentrum der Galaxie M87

Das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie M87

(Bild: ESO)

Die Forscher des Event Horizon Telescopes haben am Mittwoch wie erwartet die erste direkte Aufnahme eines Schwarzen Lochs veröffentlicht. Das Bild zeigt die direkte Umgebung des Schwarzen Lochs im Zentrum der 55 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M87. Es wirkt dank der Kalibrierung der Daten und der Bildbearbeitung deutlich schärfer als erwartet. Die Daten zum Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße waren Forschern zufolge nicht so gut wie jene zu M87. In der Mitte ist nun deutlich der erwartete "Schatten" zu erkennen, jener Bereich des Schwarzen Lochs, aus dem kein Licht mehr entkommen kann und der deshalb schwarz erscheint.

Die Galaxie M87 in deren Zentrum sich das nun abgebildete riesige Schwarze Loch befindet. Es stößt einen gigantischen Jet aus, der hier zu erkennen ist.

(Bild: ESO)

Wie die Forscher nun erläutern, wurde dieser "Schatten" bereits in Albert Einsteins Relativitätstheorie vorhergesagt. Simulationen hatten dieses Erscheinungsbild vorhergesagt, aber nun gelang zum ersten mal die Abbildung dieses Phänomens. Auch die ungleichmäßige Stärke der Strahlung, die um das Schwarze Loch herumgerast ist und der Schwerkraft entkommen konnte, war vorhergesagt worden. Sie sollte demnach bei rotierenden Schwarzen Löchern beobachtet werden. Insgesamt dürften die verschiedenen Bereiche der Aufnahme nicht nur die uns zugewandte Seite des Schwarzen Lochs zeigen, sondern aufgrund der verschlungenen Wege der Strahlung auch die Seiten und sogar die Rückseite.

Die Forscher zeigen sich nun erleichtert, dass die Beobachtung derart mit den Vorhersagen übereinstimmt. "Es immer ein dramatischer Moment, wenn die Theorien mit Beobachtungen konfrontiert werden", sagt etwa Luciano Rezzolla von der Goethe-Universität. Es war auch ein Quell des Stolzes, als die Ergebnisse so gut zu den Theorien passte, die auf die Arbeit von Albert Einstein vor mehr als 100 Jahren zurückgingen.

Simulation des Schwarzen Lochs von M87 (Quelle: Jordy Davelaar et al./Radboud University/BlackHoleCam)

Das Event Horizon Telescope war nach langer Vorbereitung im Frühjahr 2017 zusammengeschaltet worden, um mit einer sonst nicht erreichbaren Auflösung die direkte Umgebung eines Schwarzen Lochs aufzeichnen zu können. Der Ereignishorizont (oder "Event Horizon") eines Schwarzen Lochs ist die Grenze zwischen dem Bereich, aus dem Licht der gigantischen Gravitation noch entkommen kann, und dem Bereich, aus dem weder Licht noch anderweitige Information entrinnen können. Alles was davor liegt, kann prinzipiell noch beobachtet werden, wodurch auch Informationen über das Schwarze Loch gewonnen werden können.

Simulation des Wegs der nun beobachteten Teiilchen (Quelle: Nicolle R. Fuller/NSF)

Dank guten Wetters an allen EHT-Standorten gelangen dann Beobachtungen der sechs ausgesuchten Quellen. Das waren neben Sagittarius A*, dem Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße und dem in der Galaxie M87 vier weitere. Die Galaxie Centaurus A ist 13 Millionen Lichtjahre entfernt, OJ 287 sogar 3,5 Milliarden Lichtjahre. Die Distanz zu NGC 1052 beträgt 63 Millionen Lichtjahre und 3C 279 ist mit 5 Milliarden Lichtjahren am weitesten entfernt. Andere Galaxien und die Schwarzen Löcher in ihren Zentren wurden zur Kalibrierung anvisiert.

Für die Aufnahme wurde ein enormer technischer Aufwand betrieben. Radioteleskope auf mehreren Kontinenten nahmen die Schwarzen Löcher zu den exakt gleichen Uhrzeiten ins Visier und zeichneten so viele Daten auf wie möglich. An einigen Standorten kamen Speicher zum Einsatz, die mit 16 Gigabit pro Sekunde beschrieben werden können. Allein am Radioteleskopverbund ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) der Europäischen Südsternwarte waren Festplatten mit mehr als 1 Petabyte an Kapazität installiert worden.

Teleskope des Event Horizon Telescopes (16 Bilder)

Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) der Europäischen Südsternwarte in Chile
(Bild: ESO/C. Malin)

Die gesammelten Daten wurden dann per Schiff oder Flugzeug transportiert, um schließlich an zwei Hochleistungsrechnern in Deutschland (am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn) und den USA zusammengefügt zu werden. Grundlegend dafür waren extrem genaue Uhren an den verschiedenen Standorten, um die gesammelten Daten mit deren Zeitstempeln am Ende auch genau synchronisieren zu können. Jede dieser Uhren würde in einem Zeitraum von einer Million Jahren nur um eine Sekunde vor oder nach gehen.

Animierte Erklärung des Event Horizon Telescopes (Quelle: ehtelescope)

Dass ein Schwarzes Loch überhaupt von der Erde aus abgebildet werden kann, hatten Astrophysiker aus Deutschland und den USA erst vor knapp 20 Jahren errechnet. Anhand simulierter Bilder hatten sie gezeigt, dass der dunkle Schatten fünf Mal größer erscheint, als bis dahin erwartet. Damit waren die nun ins Visier genommenen Schwarzen Löcher überhaupt erst in den Bereich vorgerückt, in dem sie auf der Erde abzubilden waren. Der dafür verantwortliche Astrophysiker Heino Falcke hatte sich damals überrascht gezeigt, wie nah man der Abbildung bereits sei und war zuversichtlich, dass sie bald gelingen würde. (mho)