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Ein schwarzes Loch im Porträt

03.04.2017

Die 30-Meter-Antenne von IRAM ist am Event Horizon Telescope beteiligt, das ins Zentrum der Milchstraße blickt

Erstmals wollen sich Forscher ein Bild vom Herz unserer Galaxis machen – und das im wörtlichen Sinne: Ein weltweiter Verbund von Radioantennen wird das dort vermutete schwarze Loch während der Zeit vom 4. bis 14. April unter die Lupe nehmen.


Schwerkraftmonster: Die künstlerische Darstellung zeigt den Ereignishorizont um das schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxis.

© M. Moscibrodzka, T. Bronzwaar und H. Falcke, Radboud University


Ohr ins All: Die 30-Meter-Schüssel von IRAM ist eines der empfindlichsten Radioteleskope im weltumspannenden Verbund des Event Horizon Telescope.

© IRAM / Nicolas Billot

Dieses Event Horizon Telescope verbindet Observatorien auf der ganzen Welt zu einem Riesenteleskop, von Europa über Chile und Hawaii bis hin zum Südpol. Das 30-Meter-Teleskop des Instituts für Radioastronomie im Millimeterbereich (IRAM) in der spanischen Sierra Nevada, einer von der Max-Planck-Gesellschaft mitfinanzierten Einrichtung, nimmt als einzige Station in Europa an der Beobachtungskampagne teil. Auch das Max-Planck-Institut für Radioastronomie ist in die Messungen eingebunden.

Schon Ende des 18. Jahrhunderts spekulierten die Naturforscher John Mitchell und Pierre Simon de Laplace über „dunkle Sterne“, deren Schwerkraft so stark ist, dass Licht ihnen nicht entkommen kann. Die Ideen der beiden Forscher bewegten sich noch im Rahmen der newtonschen Gravitationstheorie und der Korpuskulartheorie des Lichts. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts revolutionierte Albert Einstein mit seiner allgemeinen Relativitätstheorie unser Verständnis der Gravitation – und damit jenes von Materie, Raum und Zeit. Und Einstein beschrieb auch das Konzept der schwarzen Löcher.

Diese Objekte haben eine solch große, extrem komprimierte Masse, dass selbst Licht ihnen nicht entkommen kann. Daher bleiben sie schwarz – und es ist unmöglich, sie direkt zu beobachten. Trotzdem haben Forscher die Existenz dieser Schwerkraftfallen indirekt bewiesen. Dazu zählt die Messung der Gravitationswellen von kollidierenden schwarzen Löchern ebenso wie der Nachweis ihrer starken Anziehungskraft auf ihre kosmische Umgebung; dabei umlaufen Sterne mit rasend hoher Geschwindigkeit ein unsichtbares Schwerkraftzentrum, wie das etwa im Herz unserer Galaxis geschieht.

Aber es gibt eine Möglichkeit, ein schwarzes Loch direkt zu beobachten. Die Grenze um dieses exotische Objekt, über die hinaus Licht und Materie unausweichlich aufgesaugt werden, nennen die Wissenschaftler Ereignishorizont. In dem Moment, in dem die Materie eben diese Grenze überquert, gibt sie der Theorie zufolge intensive Strahlung ab, eine Art „Todesschrei“ und damit ein letztes Zeugnis ihrer Existenz. Diese Strahlung lässt sich unter anderem bei Radiowellen im Millimeterbereich registrieren. Auf diese Weise sollte es möglich werden, den Ereignishorizont eines schwarzen Lochs abzubilden.

Das Event Horizon Telescope (EHT) will genau das versuchen. Ein Hauptziel des Projekts ist das rund 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernte, etwa 4,5 Millionen Sonnenmassen schwere schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße. Aufgrund der großen Distanz erscheint das Objekt jedoch unter einem extrem kleinen Winkel.

Eine Lösung für dieses Problem bietet die Interferometrie. Das Prinzip dieser Technik: Statt ein riesiges Teleskop zu verwenden, kombiniert man mehrere Observatorien so, als wären sie kleine Einzelteile einer einzigen gigantischen Antenne. Auf diese Weise können Wissenschaftler ein Teleskop simulieren, das dem Umfang unserer Erde entspricht. Denn: Je größer das Teleskop, desto feinere Details lassen sich beobachten; die sogenannte Winkelauflösung nimmt zu.

Das EHT-Projekt macht sich diese Beobachtungstechnik zunutze und wird im April bei einer Frequenz von 230 Gigahertz, entsprechend einer Wellenlänge von 1,3 Millimetern, im Interferometrie-Modus beobachten. Die maximale Winkelauflösung dieses weltumspannenden Radioteleskops liegt bei 26 Mikro-Bogensekunden. Das entspricht der Größe eines Golfballs auf dem Mond oder der Breite eines menschlichen Haares, gesehen aus 500 Kilometern Entfernung!

Derlei Messungen an der Grenze des Beobachtbaren sind nur unter optimalen Bedingungen möglich, das heißt, in trockenen hohen Lagen. Diese bietet das zum Teil von der Max-Planck-Gesellschaft finanzierte IRAM-Observatorium mit seiner 30-Meter Antenne auf dem 2800 Meter hohen Berg Pico Veleta in der spanischen Sierra Nevada. Seine Empfindlichkeit wird nur noch von dem aus 64 Einzelteleskopen bestehenden Atacama Large Millimeter Array (ALMA) übertroffen, das auf dem 5000 Meter hohen Chajnantor-Plateau in den chilenischen Anden ins All blickt. Auf dem Plateau steht auch die vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie betreute und an dem EHT-Projekt ebenfalls beteiligte Antenne namens APEX.

Das Bonner Max-Planck-Institut ist zudem mit der Datenverarbeitung an dem Event Horizon Telescope beteiligt. Dafür nutzen die Forscher zwei Superrechner (Korrelatoren); einer befindet sich in Bonn, der andere am Haystack Observatory in Masachussetts in den USA. Die Rechner sollen nicht nur Daten vom galaktischen schwarzen Loch auswerten. Während der Beobachtungskampagne vom 4. bis 14. April wollen die Astronomen noch mindestens fünf weitere Objekte in Augenschein nehmen: die Galaxien M 87, Centaurus A und NGC 1052 sowie die Quasare OJ 287 und 3C279.

Vom Jahr 2018 an wird ein weiteres Observatorium in das EHT-Projekt einsteigen: NOEMA, das zweite IRAM-Observatorium auf dem Plateau de Bure in den französischen Alpen. Mit seinen zehn hochempfindlichen Antennen wird NOEMA das leistungsfähigste Teleskop des Verbunds auf der nördlichen Hemisphere sein.

HOR / ZA

Ansprechpartner:

Karin Zacher
Pressereferentin IRAM
Telefon:+33 476 822-103
E-Mail: zacher@iram.fr

Dr. Norbert Junkes
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn
Telefon:+49 228 525-399Fax:+49 228 525-438
E-Mail: njunkes@mpifr-bonn.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.mpg.de/10967263/schwarze-loecher - Schwarze Löcher: Fallen in der Raumzeit

Barbara Abrell | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

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