Astrophysiker beweisen: Schwarze Löcher werfen Schatten. Bislang ist ihre Existenz nur indirekt nachgewiesen – durch den Einfluß ihrer Schwerkraft auf ihre Umgebung. Doch neue Computersimulationen zeigen, wie sich die Gravitationsfallen sichtbar machen lassen: Radioteleskope könnten ihren Schatten schon in naher Zukunft beobachten.
Astrophysiker haben einen Schatten des Unsichtbaren fotografiert: die Grenze eines Schwarzen Lochs. Das Bild ist gespenstisch: Inmitten eines düsteren Glimmens herrscht eine kreisförmige Zone der Finsternis. Geheimnisvoll bleckt der Schlund ins Unbekannte dem Betrachter entgegen. Das Schwarze Loch wiegt das Dreimillionenfache unserer Sonne und befindet sich rund 26000 Lichtjahre entfernt – im Mittelpunkt der Milchstraße.
Die geheimnisumwitterte Schwerkraftfalle haben Astronomen vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching schon vor ein paar Jahren nachgewiesen. Doch es gelang ihnen nur indirekt: Das Gravitationszentrum verriet sich durch die Bewegung der Sterne, die um es kreisen. Das neue Foto dagegen zeigt die äußere Grenze des Schwarzen Lochs selbst – seinen Ereignishorizont. Er ist ein Ort ohne Wiederkehr. Alles, was hinter den Ereignishorizont gerät, kann dem unersättlichen Mahlstrom nicht mehr entkommen. Selbst Licht ist dafür zu langsam. Doch Photonen außerhalb des Ereignishorizonts schaffen es noch, den Schwerkraftsog zu verlassen und auf krummen Wegen zu uns zu gelangen. Inmitten dieser Strahlungswolke zeichnet sich auf dem Foto kreisförmig der Schatten des Schwarzen Lochs ab. Weil das Schwarze Loch auf sich selbst als Gravitationslinse wirkt und den Weg des Lichts abenteuerlich verformt, erscheint sein Ereignishorizont dabei um das Fünffache vergrößert.
Noch ist das Foto allerdings Zukunftsmusik – Science-Fiction im besten Sinn. Fiktion, weil es bislang nur als Computersimulation existiert. Aber auch Science, weil sich diese Simulation auf harte Wissenschaft gründet – auf Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Heino Falcke vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Eric Agol von der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland, und Fulvio Melia von der University of Arizona in Tucson haben mit einem “Ray-Tracing-Programm” ausgerechnet, auf welchen verworrenen Bahnen Photonen durch den vom Schwarzen Loch gekrümmten Raum laufen. “Man verfolgt dabei den Weg jedes Photons, das in der Nähe des Schwarzen Loch ausgesandt wird, bis zum Beobachter zurück”, erklärt Fulvio Melia. “Das Programm berechnet dann den Effekt, den das Schwarze Loch auf die Bahn und die Wellenlänge der Photonen hat.” Das Ergebnis: Der Ereignishorizont zeichnet sich wie ein Schatten ab. “Dieser Begriff beschreibt sehr gut, was man dort sieht”, erläutert Heino Falcke.
Die astronomische Beobachtungstechnik könnte bald ein echtes Bild vom Schatten eines Schwarzen Lochs aufnehmen. Der Trick: Es werden Radioteleskope auf der ganzen Erde zu einem Superteleskop zusammengeschaltet, das viele tausend Kilometer Basislänge besitzt. Die Astronomen sprechen von VLBI – Very Long Baseline Interferometry. Entsprechend scharf sind die Bilder. “Mit der heutigen Auflösung könnten wir in der Entfernung von Los Angeles schon eine Radioquelle mit der Größe eines Senfkorns von Bonn aus sehen”, sagt Falcke. “Jetzt wollen wir noch einen Schritt weitergehen und ein Loch in diesem Senfkorn entdecken.” Die Computer-Berechnungen zeigen jedenfalls, daß sich bei kurzen Radiowellen ein Schatten des Schwarzen Lochs bereits erahnen lassen dürfte. “Bei den augenblicklichen 1,3 Millimeter Wellenlänge des VLBI haben wir wohl kein Glück. Doch bei 0,8 Millimeter sehe ich eine echte Chance”, ist Falcke überzeugt. Wenn ausreichend Beobachtungszeit genehmigt wird – was bei der harten Konkurrenz in der astronomischen Spitzenforschung keineswegs selbstverständlich ist -, hofft er auf ein positives Resultat schon im Verlauf des Jahrzehnts. Die Astronomen am Max-Planck-Institut für Radioastronomie arbeiten bereits daran, VLBI auch bei kürzeren Wellenlängen möglich zu machen.
Die geheimnisumwitterte Schwerkraftfalle haben Astronomen vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching schon vor ein paar Jahren nachgewiesen. Doch es gelang ihnen nur indirekt: Das Gravitationszentrum verriet sich durch die Bewegung der Sterne, die um es kreisen. Das neue Foto dagegen zeigt die äußere Grenze des Schwarzen Lochs selbst – seinen Ereignishorizont. Er ist ein Ort ohne Wiederkehr. Alles, was hinter den Ereignishorizont gerät, kann dem unersättlichen Mahlstrom nicht mehr entkommen. Selbst Licht ist dafür zu langsam. Doch Photonen außerhalb des Ereignishorizonts schaffen es noch, den Schwerkraftsog zu verlassen und auf krummen Wegen zu uns zu gelangen. Inmitten dieser Strahlungswolke zeichnet sich auf dem Foto kreisförmig der Schatten des Schwarzen Lochs ab. Weil das Schwarze Loch auf sich selbst als Gravitationslinse wirkt und den Weg des Lichts abenteuerlich verformt, erscheint sein Ereignishorizont dabei um das Fünffache vergrößert.
Noch ist das Foto allerdings Zukunftsmusik – Science-Fiction im besten Sinn. Fiktion, weil es bislang nur als Computersimulation existiert. Aber auch Science, weil sich diese Simulation auf harte Wissenschaft gründet – auf Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Heino Falcke vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Eric Agol von der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland, und Fulvio Melia von der University of Arizona in Tucson haben mit einem “Ray-Tracing-Programm” ausgerechnet, auf welchen verworrenen Bahnen Photonen durch den vom Schwarzen Loch gekrümmten Raum laufen. “Man verfolgt dabei den Weg jedes Photons, das in der Nähe des Schwarzen Loch ausgesandt wird, bis zum Beobachter zurück”, erklärt Fulvio Melia. “Das Programm berechnet dann den Effekt, den das Schwarze Loch auf die Bahn und die Wellenlänge der Photonen hat.” Das Ergebnis: Der Ereignishorizont zeichnet sich wie ein Schatten ab. “Dieser Begriff beschreibt sehr gut, was man dort sieht”, erläutert Heino Falcke.
Die astronomische Beobachtungstechnik könnte bald ein echtes Bild vom Schatten eines Schwarzen Lochs aufnehmen. Der Trick: Es werden Radioteleskope auf der ganzen Erde zu einem Superteleskop zusammengeschaltet, das viele tausend Kilometer Basislänge besitzt. Die Astronomen sprechen von VLBI – Very Long Baseline Interferometry. Entsprechend scharf sind die Bilder. “Mit der heutigen Auflösung könnten wir in der Entfernung von Los Angeles schon eine Radioquelle mit der Größe eines Senfkorns von Bonn aus sehen”, sagt Falcke. “Jetzt wollen wir noch einen Schritt weitergehen und ein Loch in diesem Senfkorn entdecken.” Die Computer-Berechnungen zeigen jedenfalls, daß sich bei kurzen Radiowellen ein Schatten des Schwarzen Lochs bereits erahnen lassen dürfte. “Bei den augenblicklichen 1,3 Millimeter Wellenlänge des VLBI haben wir wohl kein Glück. Doch bei 0,8 Millimeter sehe ich eine echte Chance”, ist Falcke überzeugt. Wenn ausreichend Beobachtungszeit genehmigt wird – was bei der harten Konkurrenz in der astronomischen Spitzenforschung keineswegs selbstverständlich ist -, hofft er auf ein positives Resultat schon im Verlauf des Jahrzehnts. Die Astronomen am Max-Planck-Institut für Radioastronomie arbeiten bereits daran, VLBI auch bei kürzeren Wellenlängen möglich zu machen.
===Rüdiger Vaas
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An der Grenze des Periodensystems
