Erstes Foto eines Schwarzen Lochs: Entstehung und Relevanz

Wissenschaftler haben am Mittwoch das erste direkte Bild eines Schwarzen Lochs gezeigt und damit weltweit einen Durchbruch bei der Erforschung des Weltalls gefeiert. Wie es Astrophysikers gelungen ist, dieses Foto zu machen und weiteres Wissenswertes zu Schwarzen Löchern erfährst du hier.

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Vor ein paar Tagen ist es Astrophysikern gelungen, ein Schwarzes Loch, welches sich in der rund 55 Millionen Lichtjahre entfernten Riesengalaxie M87 befindet, fotografisch festzuhalten. Die Bildaufnahme zeigt einen dunklen Kreis, umhüllt von einem flammenden, orangeroten Lichtring, dessen Eigenschaften verhelfen, bestehende Theorien zu prüfen und weitere Forschung zu inspirieren.

Wie ist es die Aufnahme des Schwarzen Lochs gelungen?

Dieses Foto wurde durch einen Computer-Algorithmus ermöglicht, welcher von der 29-jährigen amerikanischen Informatikerin Katie Bouman entwickelt wurde. Der Computer-Algorithmus arrangierte die Zusammensetzung eines Bildes aus Daten riesiger Radioteleskope. Dies war ein entscheidender Beitrag, durch den es den Forschern gelang, diese Aufnahme zu machen. An seiner Entstehung wirkten acht Observatorien in Nord- und Südamerika, der Antarktis und Europa mit. Auf europäischen Boden nahm das 30-Meter-Teleskop des Instituts für Radioastronomie im Millimeterbereich (Iram) auf dem spanischen Pico Veleta teil, zu dessen Trägerorganisationen die Max-Planck-Gesellschaft zählt. Die angewandte Beobachtungsmethode, mit der ein Bild entstanden ist, nennt sich Interferometrie. Durch diese Methode wurden die Daten der acht Teleskope miteinander kombiniert, sodass ein virtuelles Teleskop mit einem Durchmesser von rund 8000 Kilometern entstand. Das Resultat ist aus vielen weiteren Gründen bemerkenswert: Um eine präzise Aufnahme machen zu können, ist es beispielsweise erforderlich, dass an allen Standorten gutes Wetter herrscht, da die empfangene Strahlung stark von der Erdatmosphäre beeinflusst wird. Auf ihrer Facebook-Seite gab Bouman voller Freude bekannt: „Ich bin so aufgeregt, dass wir endlich zeigen können, woran wir das vergangene Jahr gearbeitet haben!“.

Entstehung und Eigenschaften eines Schwarzen Loches

Die Vorstellung von Schwarzen Löchern ist keineswegs neu: Bereits Ende des 18. Jahrhunderts spekulierte der britische Astronom John Michell über astronomische Objekte, deren Fluchtgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit ist und die somit Licht nicht entkommen lassen. Eine strengere mathematische Definition wurde durch Albert Einstein entwickelt, die Allgemeine Relativitätstheorie - eine Gravitationstheorie. Nach dieser Theorie ist die Gravitation eine geometrische Eigenschaft des Raumes und der Zeit. Raum und Zeit können nicht unabhängig voneinander existieren und das Schwarze Loch ist eine ganz spezielle Raumzeit, eine, deren Krümmung von außen nach innen immer mehr zunimmt und die schließlich im Zentrum des Loches unendlich wird. Dieser Ort wird Singularität genannt. Die Masse eines schwarzen Lochs ist auf die Singularität konzentriert und erzeugt in seiner unmittelbaren Umgebung eine Gravitation, welche stark genug ist, dass nicht einmal Licht von dort entkommen kann.

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Schwarze Löcher entstehen bei Explosionen von Supernovae Sternen, das heißt am Lebensende eines großen Sternes. Damit genug Masse übrig bleibt bei der Explosion, um ein Schwarzes Loch zu erzeugen, muss der Stern relativ massereich gewesen sein, mit einer ungefähren Masse um das 25- bis 40-fache unserer Sonne. Schwarze Löcher lassen sich in mehreren Galaxien finden - auch im Zentrum unserer Milchstraße befindet sich solch ein supermassives Schwarzes Loch. Astronomen bezeichnen es als Sagittarius A*. Bisherige Messungen lassen darauf schließen, dass es über vier Millionen Sonnenmassen schwer ist und es sich somit um ein verhältnismäßig kleines supermassives Schwarzes Loch handelt. Das auf dem ersten Foto erscheinende Schwarze Loch ist im Zentrum der aktiven Riesengalaxie Messier 87, rund 55 Millionen Lichtjahre von unserer Galaxie entfernt, besitzt eine Masse von 6,5 Milliarden Sonnenmassen und hat einen Durchmesser von etwa 40 Milliarden Kilometern. Im Vergleich beträgt der Durchmesser der Pluto-Umlaufbahn nur ca. 12 Milliarden Kilometer.

Relevanz dieser Aufnahme

Seit Jahrzehnten errechnen Forscher die Theorie der Schwarzen Löcher. Während sich zum Beispiel Albert Einstein und Stephen Hawking ausgiebig mit deren theoretischen Existenz beschäftigt haben, gab es jedoch bis dato tatsächlich keinen bildlichen Beweis. Leuchtende Ringe wurden zuvor schon entdeckt und ließen vermuten, dass sich diese um Schwarze Löcher herum befinden. Wie Helmut Hornung vom Institut für Max-Planck-Forschung jedoch verdeutlichte: „Das alles waren aber nur indirekte Beobachtungen. Jetzt ist es erstmals gelungen, ein schwarzes Loch wie in der Mitte des Bildes wirklich aufzunehmen.“

Fazit

Unser Verständnis von Schwarzen Löchern wird massiv von diesem Bild profitieren, da jetzt die Möglichkeit besteht, Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien direkt zu beobachten. Somit wurde nun ein neues Fenster geöffnet, welches das Studieren extremer Objekte ermöglicht, das sich komplementär zu bestehenden Methoden verhält.