Heute gehören Schwarze Löcher fast schon zum astronomischen Alltag – gleichzeitig aber sind sie noch immer eines der großen Rätsel im Kosmos. Denn sie sind unsichtbar, besitzen aber eine so große Schwerkraft, dass selbst Licht ihnen nicht entkommen kann. Zwar verraten sich diese Schwerkraftgiganten indirekt durch einen Ring strahlenden Plasmas, rasende Teilchen-Jets oder Strahlenausbrüche. Doch was innerhalb des Ereignishorizonts vor sich geht, können Astrophysiker nur erahnen. Erst 2019 gelang es Astronomen zum ersten Mal, ein supermassereiches Schwarzes Loch zu fotografieren – man sah einen dunklen Schatten inmitten eines hellen Lichtrings.
Roger Penrose und die “gefangene Fläche”
Dass solche exotischen Gebilde überhaupt existieren, wollte selbst Albert Einstein erst nicht glauben – obwohl seine Relativitätstheorie dies nicht ausschloss. Denn sie besagt, dass massereiche Objekte die Raumzeit krümmen – und ein Schwarzes Loch umfasst so viel konzentrierte Masse, dass es die Raumzeit letztlich zum Kollabieren bringt. Wie dies jedoch physikalisch zu beschreiben ist und was dabei passiert, blieb lange unklar und spekulativ. Doch im Jahr 1944 kam dem britische Physiker Roger Penrose bei einem Spaziergang die entscheidende Idee: Er nutzte Mathematik und Topologie, um das Konzept einer “gefangenen Oberfläche” zu entwickeln. Eine solche Oberfläche ist ein zweidimensionales, geschlossenes Gebilde – ähnlich einem Ring, das alle Strahlung nach innen auf das Zentrum zu zwingt.
Im Inneren dieses Rings, so erkannte Penrose, liegt immer eine Singularität, ein Punkt, an dem Raum und Zeit nicht mehr definierbar sind. Dieses Konzept erklärt, warum Licht und Materie den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs nur in eine Richtung passieren können – nach innen. Denn wie Penrose feststellte, tauschen Raum und Zeit im Inneren dieser gefangenen Oberfläche ihre Rollen. Dadurch wird die Bewegung nach innen zur Vorwärtsbewegung in der Zeit. Genau dies macht eine Rückkehr aus dem Schwarzen Loch unmöglich – denn es wäre eine Zeitreise in die Vergangenheit.
Sagittarius A* auf der Spur
Auf konkreten Beobachtungen beruhen dagegen die Errungenschaften von Reinhard Genzel und Andrea Ghez. Denn die beiden Astronomen mit ihren Teams haben unabhängig von einander bewiesen, dass im Herzen unserer Heimatgalaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch liegt – Sagittarius A*. Zwar war schon Ende der 1960er Jahre klar, dass es im Zentrum der Milchstraße eine Quelle starker Radiostrahlung gibt. Doch erst Genzel und Ghez konnten die Natur dieses Objekts näher eingrenzen. Dies gelang ihnen, indem sie die Bewegungen von Sternen im nahen Umfeld dieses Objekts über Jahrzehnte hinweg beobachteten. Genzel und sein Team nutzten für ihre Beobachtungen das Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile, Ghez und ihre Kollegen richteten die Optiken des Keck-Observatoriums auf das galaktische Zentrum.
