Diese Illustration zeigt die Vorstellung eines Künstlers vom Quasar 3C 279. Durch den Zusammenschluss verschiedener Radioteleskope gelang Astronomen im Juli 2012 ein Blick mit zweimillionenfacher Vergrößerung auf das zentrale Schwarze Loch der mehr als fünf Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie.  Foto: dpa

Seit einem halben Jahrhundert sprechen Wissenschaftler von Schwarzen Löchern, aber fotografiert haben sie noch nie eins. Das könnte sich jetzt ändern. Mit einem weltweiten Netzwerk von Teleskopen hoffen Forscher auf das lang ersehnte erste Bild.

Cambrigde/Hamburg/Stuttgart - In Science-Fiction-Filmen wie „Interstellar“ (2014), „Star Trek“ (2009), „Event Horizon – Am Rande des Universums“ (1997), „Operation Jupiter“ (1984) oder „Das schwarze Loch“ (1979) kann man die mysteriösen kosmischen Phänomene bestaunen. In der Wirklichkeit aber warten Astronomen auf der ganzen Welt sehnlichst darauf – auf das erste Bild von einem echten Schwarzen Loch.

Im April soll es losgehen

Wirklich gesehen hat sie noch niemand. Das will eine Gruppe von Forschern nun ändern. Mit einem weltumspannenden Netzwerk von Teleskopen namens „Event Horizon“-Teleskop – unter anderem am Südpol, in Europa und Nord- und Südamerika – wollen sie in diesem April versuchen, erstmals computersimulierte Aufnahmen von einem Schwarzen Loch zu machen.

„Es gibt große Aufregung“, sagt Projektleiter Shepherd Doeleman vom Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik in Cambridge (US-Staat Massachusetts). „Wir stellen unser virtuelles Teleskop seit inzwischen fast zwei Jahrzehnten zusammen und im April werden wir die Beobachtungen machen, die erstmals die Chance haben, den Ereignishorizont eines Schwarzen Loches in den Fokus zu bringen.“

Einstein und die Schwarzen Löcher

Im Jahr 1915 stellte der Physiker Albert Einstein erstmals die Theorie auf, dass es im Universum Orte der absoluten und unvorstellbaren Extreme geben könnte, die alles anziehen und kein Licht nach außen lassen. Schwarze Löcher sind eine Vorhersage der allgemeinen Relativitätstheorie des Physik-Nobelpreisträgers, ihre mögliche Existenz wurde aber schon von dem französischen Mathematiker und Physiker Pierre-Simon Laplace um 1800 diskutiert.

Mit Hilfe der allgemeinen Relativitätstheorie lassen sich die Existenz punktförmiger Singularitäten herleiten, in denen Materie und Strahlung auf Nimmerwiedersehen verschwinden. Einstein versuchte in den darauffolgenden Jahrzehnten zu beweisen, dass Himmelsobjekte von so hoher Dichte, deren Schwerkraft selbst das Licht nicht entkommen kann, unmöglich seien. Doch 1939 konnte der amerikanische Physiker Julius Robert Oppenheimer belegen, dass die Existenz von Schwarzen Löchern physikalisch nicht nur wahrscheinlich, sondern unvermeidlich sei.

„Black Hole“ – Schwarzes Loch

Schwarze Löcher sind also die schwärzesten Körper, die wir kennen. In ihnen soll sich ein Großteil der Dunklen Materie verbergen. Auch wenn sich überall in den unendlichen Tiefen des Weltalls riesige Mengen davon befinden, weiß niemand, woraus diese seltsame Materieform bestehen könnte. Sie leuchtet nicht, sie absorbiert auch kein Licht. Mit normaler Materie tritt sie praktisch nur über ihre Schwerkraft in Wechselwirkung, über die dieser überwiegende Teil der Galaxis bemerkbar wird.

Ein halbes Jahrhundert ist es her, dass der Begriff Schwarzes Loch für derlei Phänomene allgemein eingeführt wurde. Der amerikanische Physiker John Archibald Wheeler suchte 1967 bei einer Konferenz ein Ersatzwort für den englischen Zungenbrecher „Gravitationally completely collapsed object“. Kurzerhand nahm er den Vorschlag eines Zuhörers auf, der solche Phänomene kurz „Black Whole“ nannte.

Sagittarius A* in der Milchstraße

Im vergangenen Jahr hatte das „Event-Horizon“-Teleskop-Netzwerk schon einmal versucht, das Schwarze Loch Sagittarius A* in der Milchstraße (der Heimatgalaxie des Planeten Erde) und ein weiteres abzulichten – ohne Erfolg. „Nichtssagende Kleckse“ seien zu sehen gewesen, schrieb damals das „Science“-Magazin.

Aber in diesem Jahr sind weitere leistungsstarke Teleskope dazugekommen. Einmal im Jahr wird das Teleskop-Netzwerk in Richtung der Schwarzen Löcher gerichtet, diesmal an fünf Nächten zwischen dem 5. und 14. April. Dann stehen die Chancen auf passendes Wetter an den beteiligten Teleskopen gut. Aber sicher ist das nicht. Und wenn das Wetter schlecht ist, wird wieder kein Schwarzes Loch auf den Bildern zu sehen sein.

Wie Schwarze Löcher aussehen

Heller Ring um schwarzen Kreis

Wie sie sich ein Bild von einem eigentlich unsichtbaren Schwarzen Loch vorstellen, wissen die Forscher genau: als einen hellen Ring rund um einen schwarzen Kreis. Der helle Ring stellt Gas und Staub dar, die von dem Loch extrem beschleunigt und schließlich verschlungen werden. Wegen der extrem starken Schwerebeschleunigung heizt sich Materie, die in ein Schwarzes Loch fällt, auf Millionen Grad Celsius auf und gibt dann Energie als Röntgenstrahlung ab.

„Es könnte aber auch sein, dass wir etwas ganz anderes sehen“, erklärt Projektleiter Doeleman. „Es ist zwar nie eine gute Idee, gegen Einstein zu wetten, aber wenn wir etwas sehen würden, das sehr anders ist als das, was wir erwarten, dann müssten wir die gesamte Theorie der Schwerkraft überdenken. Ich erwarte nicht, dass das passiert, aber alles könnte passieren, und das ist das Schöne daran.“

Schwarze Löcher im Universum sind ganz normal

Das Ganze sei ein „kühnes und mutiges Experiment“, sagte der britische Astrophysiker Roger Blandford von der Stanford Universität in Kalifornien dem „Science“-Magazin. „Es wird diese bemerkenswerte Theorie für gültig erklären: Dass Schwarze Löcher im Universum üblich sind. Wenn man es gesehen hat, glaubt man es.“

Radioteleskope messen die elektromagentischen Wellen, die Schwarze Löcher ausstrahlen. Bis computergenerierte Bilder von diesen kosmischen Aktivitäten – wenn die Umwandlung der Datenmengen überhaupt gelingt – veröffentlicht werden können, würde es noch Monate dauern. Ende des Jahres oder Anfang 2018 halten die Forscher für machbar.

Zunächst müssen die von allen teilnehmenden Teleskopen gesammelten Daten zusammengebracht und ausgewertet werden. Nach Angaben der Forscher entspricht die Menge der von rund 10 000 vollgepackten Laptops. „Das ist eine Geduldsaufgabe“, betont Projektleiter Doeleman. „Eine Geduldsaufgabe im Quadrat.“

Orte kosmischer Extreme

Schneller als Lichtgeschwindigkeit

Schwarze Löcher sind Orte kosmischer Extreme. Die Materie ist in ihnen so stark zusammengepresst, dass nichts ihrer enorm hohen Anziehungskraft entkommt. Die Fluchtgeschwindigkeit liegt im Inneren eines Schwarzen Lochs über der Lichtgeschwindigkeit, daher dringt nicht einmal das Licht selbst nach außen. Schwarze Löcher sind also quasi unsichtbar – wie ihr Name schon sagt.

Wie lassen sich Schwarze Löcher dann beobachten? Zwar sind sie selbst unsichtbar, verraten sich jedoch über die Materie, die sie verschlucken. Wegen der extrem starken Schwerebeschleunigung heizt sich Materie, die in ein Schwarzes Loch fällt, auf Millionen Grad Celsius auf und strahlt dann hell im Röntgenlicht. Dieses charakteristische Leuchten können Röntgenteleskope registrieren.

Schwarze Löcher gibt es wohl in fast jeder Größe im Kosmos – von der einfachen Masse unserer Sonne bis zu Milliarden Sonnenmassen. Sie können zum Beispiel aus ausgebrannten Sonnen entstehen. Ein Stern mit mehr als der dreifachen Masse unserer Sonne kann am Ende seiner Existenz unter der eigenen Schwerkraft zu einem Schwarzen Loch zusammenstürzen.

Auch Schwarze Löcher vergehen

Auch Schwarze Löcherexistieren allerdings nicht ewig. In dem enormen Kraftfeld bilden sich nach den Gesetzen der Quantenphysik ständig spontan Paare von Teilchen und Antiteilchen, die nach Sekundenbruchteilen wieder zerstrahlen. Entstehen diese Teilchenpaare jedoch am sogenannten Ereignishorizont des Schwarzen Lochs, also dem Punkt ohne Wiederkehr, kann es vorkommen, dass ein Teilchen diesseits des Ereignishorizonts landet und dem Schwarzen Loch entkommt. Dieses Phänomen wurde vom britischen Physiker Stephen Hawking beschrieben.

Diese sogenannte Hawking-Strahlung sorgt dafür, dass ein Schwarzes Loch im Laufe des kosmischen Werdens und Vergehens sehr langsam zerfällt. Je größer es ist, desto länger dauert dies. Ein Schwarzes Loch mit der Masse unserer Sonne bräuchte etwa hundert Billionen Trilliarden Trilliarden Mal das derzeitige Alter des Universums, um komplett zu zerfallen. Mikroskopische Schwarze Löcher, die bislang allerdings nur theoretisch beschrieben wurden, zerfallen dagegen bereits im Bruchteil einer Sekunde.

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