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Supermassive Black Hole

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Entdeckungen von Physikern wecken in uns Laien nur in den seltensten Fällen Begeisterung und meistens nicht einmal Interesse – schon allein, weil die Mechanismen, die dahinterstecken, viel zu komplex sind, als dass man sie verstehen könnte. Das war auch beim Higgs-Boson so, das das Forschungszentrum CERN in seinem Teilchenbeschleuniger LHC 2012 vermutlich erstmals nachweisen konnte. Wir wussten alle: Wow, das ist eine große Sache. Was genau das Boson tut? Das war schon schwieriger zu erfassen.

Als es Astrophysikern mithilfe des "Event Horizon Telescope" Mitte April erstmals gelang, ein Schwarzes Loch im Bild einzufangen, war das eine noch größere Sensation: Zwar konnten Forscher die Auswirkungen Schwarzer Löcher, die deren theoretische Existenz bewiesen, schon weitaus früher nachweisen, aber im Volksmund heißt es nicht umsonst: "Sehen heißt glauben". Und anders als das Higgs-Boson sind Schwarze Löcher über die Physik hinaus auch den meisten Laien ein Begriff - unter anderem dank Science-Fiction-Bücher und Filmen wie "Interstellar".

Sogar in die Alltagssprache haben Schwarze Löcher Einzug gehalten - zum Beispiel, um zu versinnbildlichen, dass etwas oder jemand auf Nimmerwiedersehen verschwunden ist. Unser Portemonnaie beispielsweise ist so ein Schwarzes Loch. Auch in der Musik dient das Phänomen als Inspiration: Die britische Rockband Muse nannte ihr viertes Studioalbum "Black Holes and Revelations", eins der stärksten Stücke auf der Scheibe ist "Supermassive Black Hole" - das auch für den Soundtrack des Vampirklischee-Trashfilms "Twilight - Bis(s) zum Morgengrauen" herhalten musste.

Wie auch immer: Das erste Foto eines Schwarzen Loches hat Schlagzeilen gemacht. Grob ausgedrückt handelt es sich dabei um ein Objekt, dessen Masse auf ein extrem kleines Volumen konzentriert ist und in seiner unmittelbaren Umgebung eine so starke Gravitation erzeugt, dass nicht einmal Licht sich der Schwerkraft entziehen kann. Die äußere Grenze dieses Bereichs ist der Ereignishorizont, innerhalb dessen sich nichts der Gravitation des Schwarzen Loches entziehen kann.

Es gibt verschiedene Klassen von Schwarzen Löchern, die auf unterschiedliche Weise entstanden sind. Am einfachsten zu verstehen sind stellare Schwarze Löcher, die entstehen, wenn ein Stern einer bestimmten Größe kollabiert. Die äußeren Hüllen werden in einer Supernova abgestoßen, der Kern fällt durch seinen Schweredruck zu einem extrem kompakten Körper zusammen und wird zu einem punktförmigen Objekt unendlich hoher Dichte - einer Singularität.

Die für den Muse-Song namensgebenden supermassereichen Schwarzen Löcher können die millionen- bis millardenfache Masse unserer Sonne haben. Sagittarius A im Zentrum der Milchstraße, also in unserer eigenen Galaxie, hat 4,1 Millionen Sonnenmassen, ist also eines der supermassereichen Schwarzen Löcher. Das von den Forschern fotografierte Schwarze Loch gehört ebenfalls zu dieser Kategorie, befindet sich aber im Zentrum der Galaxie Messier 87.

Um es zu fotografieren, haben Wissenschaftler insgesamt acht Megaradioteleskope an sechs Orten auf vier Kontinenten und auf Hawaii vernetzt und sie auf der Frequenz von 230 Gigahertz zu einem virtuellen Riesenteleskop mit einem Vergrößerungsfaktor von zwei Millionen zusammengeschaltet. Ein echtes Teleskop mit derselben Leistungsfähigkeit wäre in etwa so groß wie der Durchmesser der Erde.

Die Vorarbeiten für das Foto des Schwarzen Loches begannen schon zwei Jahre früher: Im April 2017 wurden die ersten Beobachtungen vorgenommen; fünf Nächte lang beobachtete das Forscherteam den Himmel und zeichnete pro Nacht knapp acht Stunden lang Daten auf - 32 Gigabit pro Sekunde und insgesamt 3.500 Terabyte Rohdaten. Alle Daten wurden auf Festplatten gespeichet und jeweils einmal zum MPI für Radioastronomie in Bonn und zum MIT in den USA geflogen. Dort speisten die Forscher ihre Supercomputer mit den Daten. Insgesamt vier Teams erarbeiteten unabhängig voneinander auf Basis der Daten Bilder vom Schwarzen Loch. Bei dem Foto handelt es sich also nicht um eine Abbildung aus Pixeln, sondern um eine Rekonstruktion der Wellen, die gleichzeitig an allen Radioteleskopen ankamen.

Mit dem Bild wurde also nicht nur der Beweis erbracht, dass Schwarze Löcher existieren, sondern es bestätigt auch Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie, die diese Beobachtung überhaupt erst ermöglichte. Und wie beim Higgs-Boson auch ist das Spannende an der Physik, dass sich manche Theorien erst Jahrzehnte oder gar Jahrhunderte später beweisen lassen - wenn die technischen Möglichkeiten zur Verfügung stehen. Das macht die Leistungen der geistigen Väter dieser Entdeckungen umso beeindruckender. Was es allerdings mit dem Schwarzen Loch in unserem Portemonnaie auf sich hat - dazu gibt es leider noch keine plausible Theorie. Leider.

Source: EHT Collaboration, Wikimedia Commons: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4f/Black_hole_-_Messier_87_crop_max_res.jpg
Bildquelle: EHT Collaboration, Wikimedia Commons: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4f/Black_hole_-_Messier_87_crop_max_res.jpg