Das Ereignishorizont-Projekt

Chandra-Aufnahme von Sagittarius A*. Bild: NASA/CXC/MIT/F.K. Baganoff et al.

Astronomen versuchen, das Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie mit einem kombinierten Teleskop, das so groß wie die Erde ist, sichtbar zu machen

Ein Schwarzes Loch ist eine Ansammlung von Materie so dicht, dass nicht einmal Strahlung aus seinem Inneren entweichen kann. Eigentlich sollte ein Schwarzes Loch nicht zu "fotografieren" sein, aber wenn Sterne und Staub von ihm verschlungen werden, dreht sich diese Materie um es herum, erhitzt sich weiter und strahlt Energie in Form von sichtbarem Licht, Röntgen- und Gammastrahlen sowie Radiowellen aus. Es sind gerade diese Radiowellen, die mit neun um die Erde verteilten Radioteleskopen erkannt werden sollen. Das Projekt trägt den Namen "Event Horizon Telescope" (EHT).

Für massive Objekte wie die Erde kann die Fluchtgeschwindigkeit eines Objektes (z.B. einer Rakete) leicht berechnet werden. Diese ist proportional zur Quadratwurzel der Beziehung M/R, wobei M die Masse des Himmelkörpers und R dessen Radius ist. Wenn für eine gegebene Masse M der Radius R nach und nach abnimmt, steigt die notwendige Fluchtgeschwindigkeit unaufhaltsam. Ist R bereits so klein, dass die berechnete Fluchtgeschwindigkeit größer als die Lichtgeschwindigkeit ist, kann weder Materie noch Strahlung aus dem Schwarzen Loch entweichen.

Diese "kritische Größe" für jede Masse M wird "Schwarzschildradius" genannt, zu Ehren von Karl Schwarzschild, der 1916 Einsteins Gleichungen löste und den kritischen Radius ableitete (wobei andere bereits dieselbe Rechnung für die Newtonsche Gravitationstheorie durchgeführt hatten).

Abb. 1: Die Bahnen von einigen Sternen um Sagittarius A* (S. Gillesen et al, "Monitoring Stellar Orbits Around the Massiv Black Hole in the Galactic Center", ArXiv:0810.4674v1, 2008).

Schwarze Löcher sind bis heute nur indirekt beobachtet worden. Astronomen gehen davon aus, dass die meisten Galaxien jeweils ein Schwarzes Loch im Zentrum beherbergen. So auch in unserer Milchstraße, wo sich mehrere Sterne schnell um die Radioquelle "Sagittarius A*" (Sgr A*) drehen. Durch die Beobachtung ihrer Trajektorien und Drehperioden konnten Physiker die Masse von Sgr A* indirekt berechnen.

Die Astronomen um Reinhard Genzel am Max-Planck-Institut in Garching, verfolgen seit mehr als 25 Jahren einige Dutzend solcher Sterne, die sich um unser galaktisches Zentrum drehen. Aus den Bahnen der Sterne konnten diese Astronomen schätzen, dass "unser" Schwarzes Loch vier Millionen Sonnenmassen beherbergt. Das ist bis heute die längste und zuverlässigste Beobachtung eines Schwarzen Lochs im Universum. Für die Experimente mussten die Astronomen zahlreiche Messungen verknüpfen. Die damit erreichte Winkelauflösung wirkt so, als ob man reflektiertes Licht von einer Euromünze noch in 10.000 km Abstand erkennen könnte! D.h. die Entfernung zum galaktischem Zentrum ist so gewaltig, dass dafür jedes einzelne Teleskop auf der Erde zu klein ist.

Warum also nicht ein Teleskop von der Größe der Erde verwenden? Das erscheint als ein aussichtloses Unternehmen, kann aber durch die Kombination von mehreren Radioteleskopen verwirklicht werden. Das ist es, was die Kollaboration "Event Horizont Telescope" erreichen will. Einerseits sollen viele Radioteleskope einbezogen werden, andererseits wurden gerade Radioteleskope ausgewählt, weil Radiowellen, anders als sichtbares Licht, die Staubwolken in unserer Galaxie durchdringen können. Ein Vorteil der Radioteleskope ist auch, dass die Signale aus jedem Teleskop in Intensität und Wellenphase gespeichert werden können, um sie später durch Interferenz am Computer miteinander zu kombinieren. Für optische Teleskope würde eine solche Interferenzmessung eine direkte optische Kopplung benötigen, z.B. mit Glasfaserkabeln, die über tausende Kilometer verlegt werden müssten.

Abb. 2: Simulation der Akkretionsscheibe eines Schwarzen Lochs (Event Horizont Telescope Kollaboration. Bild: Hotaka Shiokawa