Spektrum der Wissenschaft - 07.2019

Schwarze Löcher waren zu jener Zeit nicht mehr als

eine kuriose Möglichkeit aus Albert Einsteins allgemeiner

Relativitätstheorie. Schon dem jungen Physiker Karl

Schwarzschild war 1915 an der Ostfront des Ersten Welt-

kriegs aufgefallen, dass manche Lösungen der einstein-

schen Feldgleichungen scheinbar widersinnige Ergebnisse

lieferten: Für extrem dichte Massehaufen spucken die

Gleichungen einen Radius aus, ab dem das Gravitationsfeld

gegen unendlich zu streben scheint – als würde man eine

Zahl durch null teilen.

Ein Punkt, an dem die Zeit stillsteht

Das konnte nicht sein, fanden Einstein, Schwarzschild und

viele andere. Doch in den folgenden Jahrzehnten beschäf-

tigten sich Astrophysiker immer wieder mit der Frage, was

mit Sternen passiert, die sämtliche Atomkerne in ihrem

Inneren zu schwereren Elementen verschmolzen haben. In

den 1930er Jahren kristallisierten sich Antworten heraus:

Sterne vom Format unserer Sonne fallen zu einer milchig

schimmernden Kugel von der Größe eines Planeten zusam-

men, einem Weißen Zwerg. Plasmakugeln mit etwas größe-

rer Masse kollabieren dagegen zu einem extrem kompakten

Objekt vom Format einer Großstadt, einem Neutronenstern.

Aber was, wenn ein noch schwererer Stern in sich zu-

sammenfällt? Robert Oppenheimer, der spätere Vater des

amerikanischen Atombombenprogramms, machte sich

dazu kurz vor dem Zweiten Weltkrieg Gedanken. Seinen

Rechnungen zufolge konnte nichts und niemand den Kol-

laps aufhalten – er setzt sich einfach immer weiter fort. Die

Materie müsste für alle Ewigkeit auf einen Punkt im Zent-

rum stürzen, prognostizierte der US-Amerikaner.

Oppenheimer berief sich dabei auf Einsteins Relativitäts-

theorie: Laut ihr dehnen Massen das Gefüge von Raum und

Laboratories im US-Bundesstaat New Jersey wollten da-

mals Funksprüche per Kurzwelle über den Atlantik senden.

Auf der Suche nach möglichen Störquellen stieß der Physi-

ker Karl Jansky auf ein rätselhaftes Signal, das seinen

Ursprung in der Mitte der Milchstraße zu haben schien. Das

war nicht die einzige mysteriöse Strahlungsquelle am

Nachthimmel: Nach dem Zweiten Weltkrieg entdeckten

ehemalige Militärfunker um den Briten John Gatenby

Bolton weitere Regionen am Firmament, aus denen extrem

schwache, aber klar nachweisbare Radiowellen zur Erde

drangen.

Erst in den 1960er Jahren lokalisierten Astronomen den

genauen Ursprung der Signale: Sie kamen aus einzelnen,

Millionen Lichtjahre entfernten Galaxien, darunter auch

M87. In ihnen schien ein gigantisches Feuerwerk im Gang

zu sein. Ein Feuerwerk, das das Weltall mit Strahlung

flutete. Nur woher nahmen diese »aktiven Galaxienkerne«

die nötige Energie? Selbst verschmelzende Atomkerne, wie

man sie zu jener Zeit aus Sternen oder Wasserstoffbomben

kannte, schienen hierfür nicht auszureichen, bei Weitem

nicht.

Nach einigem Grübeln stießen Physiker auf eine andere

Möglichkeit: Materie im freien Fall. Rechnungen zeigten,

dass ein Objekt, das lange von einem Gravitationsfeld

beschleunigt wird, enorme Bewegungsenergie gewinnt.

Wird das Objekt dann abrupt abgebremst oder umgelenkt,

wandelt es die Energie in Wärme oder Strahlung um. Und

wie es der Zufall wollte, diskutierten die Gelehrten Mitte der

1960er Jahre gerade engagiert über etwas, was Materie die

nötige Beschleunigung verpassen konnte.

Die Observatorien des Event Horizon Telescope im

Jahr 2017: das James Clerk Maxwell Telescope und

das Submillimeter Array auf Hawaii, das Submillimeter

Telescope in Arizona, das Large Millimeter Telescope

in Mexiko, APEX und ALMA in Chile, das South Pole

Telescope am Südpol und das 30-Meter-Teleskop des

IRAM-Observatoriums in Spanien.

SMA

JCMT

IRAM

(Spanien)

SPT (Antarktis)

LMT (Mexiko)

APEX

ALMA

(Chile)

SMT (Arizona)

(Hawaii)

SUW-GRAFIK, NACH EHT COLLABORATION: FIRST M87 EVENT HORIZON TELESCOPE RESULTS. I. THE SHADOW OF THE SUPERMASSIVE BLACK HOLE. ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS 875, L1, 2019, FIG. 1; ERDE: NASA

Radiowellen und Millimeter-

strahlung

Das Event Horizon Telescope fängt Strahlung einer

Wellenlänge von 1,3 Millimetern auf; das entspricht

einer Frequenz von 230 Gigahertz. Für Physiker

fällt sie damit gerade noch in den Bereich der

Radiowellen, die auch viele Zentimeter, Meter oder

Kilometer lang sein können. Bei sichtbarem Licht

liegen benachbarte Wellentäler hingegen nur

0,0004 bis 0,0007 Millimeter auseinander. Mit der

Wellenlänge verändert sich die Art und Weise, wie

Strahlung mit Materie interagiert: Während eine

Hauswand oder interstellare Staubwolken sichtba-

res Licht zurückhalten, kann Millimeterstrahlung

beides passieren. Für den Nachweis der Wellen

sind jedoch spezielle Parabolantennen nötig. Sie

müssen eine besonders glatte Oberfläche auf-

weisen und sollten sich weit oberhalb des Meeres-

spiegels befinden, da Millimeterstrahlung von

Wasserdampf in der Atmosphäre absorbiert wird.