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Erstes Foto unseres Schwarzen Lochs

Event-Horizon-Teleskop zeigt erstmals das Aussehen von Sagittarius A* im Milchstraßenzentrum

Sagittarius A*
Erste Aufnahme des Supermassereichen Schwarzen Lochs im Herzen der Milchstraße.© EHT Collaboration

Bahnbrechende Aufnahme: Astronomen haben das erste Foto des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße erstellt. Die Aufnahme des Event-Horizon-Teleskopverbunds zeigt den dunklen Schatten von Sagittarius A*, umgeben von einem hellen Strahlenring gebeugten Lichts. Das Foto belegt nun auch visuell die Existenz dieses Schwarzen Lochs und bestätigt Einsteins Vorhersagen. Zudem erlaubt es nun erste Vergleiche mit dem rund tausendfach größeren Schwarzen Loch M87*.

Im Zentrum der Milchstraße sitzt ein supermassereiches Schwarzes Loch – Sagittarius A*. Dieser gut vier Millionen Sonnenmassen umfassende Schwerkraftgigant beeinflusst die Bahnen unzähliger Sterne im Milchstraßenzentrum und bremst sogar ihr Licht. Weil das Schwarze Loch aber eher inaktiv ist und keine großen Materiemengen aufsaugt, blieb es bisher unsichtbar. Nur anhand der Bewegungen von Sternen und Gasen konnten Astronomen seine Position bestimmen sowie erste Hinweise auf Merkmale wie die Rotation und Magnetfelder gewinnen.

ALMA
Die Radioteleskope des ALMA-Observatoriums in Chile sind Teil des Event-Horizon-Teleskops, das nun erstmals Sagittarius A* sichtbar gemacht hat.. © ESO,José Francisco Salgado (josefrancisco.org)/ EHT Collaboration

Bei Sagittarius A* kommt erschwerend hinzu, dass das Schwarze Loch zwar „nur“ 27.000 Lichtjahre entfernt liegt, es aber hinter dichtem Staub und Sternen verborgen ist. Zudem ist sein Ereignishorizont von uns aus gesehen nur so groß wie ein Tennisball auf dem Mond. Selbst die leistungsfähigsten Teleskope konnten daher nicht viel erkennen.

Porträt von Sagittarius A* bestätigt Einstein

Doch jetzt ist es Astronomen erstmals gelungen, ein Foto des Schwarzen Lochs im Milchstraßenzentrum zu machen. Für die bahnbrechende Aufnahme nutzten sie die gekoppelten Teleskope des Event-Horizon-Teleskopverbunds, einem weltumspannenden Zusammenschluss von acht Radioteleskopen. Sie bilden gemeinsam eine virtuelle Antennenschüssel von fast Erdgröße, mit denen die Astronomen der EHT-Kollaboration das Milchstraßenzentrum im Jahr 2017 mehrere Nächte lang ins Visier nahmen.

Die resultierende Aufnahme zeigt zum ersten Mal das Aussehen des Schwerkraftgiganten im Herzen unserer Galaxie. Zu sehen ist in der Mitte der dunkle Schatten des Schwarzen Lochs – die Zone, aus der selbst Licht nicht mehr entweichen kann. Umgeben ist der Schatten von einem hellen Ring aus Strahlung, die von der Gravitation des Schwarzen Lochs festgehalten und gebeugt wird. Eine solche Ringbildung hat schon Albert Einstein für Schwarze Löcher vorhergesagt.

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„Wir waren verblüfft, wie gut die Größe des Rings mit den Vorhersagen von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie übereinstimmte“, sagte Geoffrey Bower vom Institut für Astronomie und Astrophysik der Academia Sinica in Taipeh.

M87* und SgrA*
Schwerkraftgiganten im Vergleich: Das supermassereiche Schwarze Loch M87* ist tausendmal größer als Sagittarius A*, dennoch sehen sich beide sehr ähnlich. © EHT Collaboration

Neue Sicht auf das Milchstraßenzentrum

Das Bild von Sagittarius A* liefert damit den ersten direkten visuellen Beweis dafür, dass es sich bei dem Objekt im Milchstraßenzentrum tatsächlich um ein Schwarzes Loch handelt. „Diese beispiellosen Beobachtungen haben unser Verständnis dessen, was im Zentrum unserer Galaxie geschieht, erheblich verbessert“, sagt Bower. „Sie bieten neue Erkenntnisse darüber, wie diese riesigen schwarzen Löcher mit ihrer Umgebung in Verbindung stehen.“

Gleichzeitig erlaubt es erste Vergleiche mit dem ersten Foto eines supermassereichen Schwarzen Lochs. Dieses liegt im Zentrum der fernen Galaxie M87 und ist weit massereicher und rund tausendfach größer als Sagittarius A*. „Wir haben nun Bilder von zwei Schwarzen Löchern – eines am oberen und eines am unteren Ende des Massenspektrums“, sagt Bowers Kollege Keiichi Asada.

Vergleich zweier Giganten

Der Vergleich beider Schwarzer Löcher ermöglicht es den Astronomen nun, die Gravitationseffekte solcher Schwerkraftgiganten besser zu erforschen und zu verstehen als zuvor. „Jetzt können wir die Unterschiede zwischen diesen beiden supermassereichen Schwarzen Löchern untersuchen, um wertvolle neue Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie dieser wichtige Prozess funktioniert“, so Asada.

Die neue Aufnahme enthüllt bereits, dass sich die beiden Schwarzen Löcher trotz ihres Größenunterschieds bemerkenswert ähnlich sehen. „Das sagt uns, dass die Allgemeine Relativitätstheorie im Nahbereich für diese Objekte dominiert“, erklärt Sera Markoff von der Universität Amsterdam.. Erst in größerer Entfernung von Ereignishorizont kommen Unterschiede in Menge und Art des umgebenden Materials zum Tragen.

Mehr zur Bedeutung der Aufnahme erklärt der Astronom Reinhard Genzel vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in diesem Interview. Er erhielt 2020 für seine Forschungen zu Sagittarius A* den Nobelpreis.

So macht man ein Schwarzes Loch sichtbar.© ESO

Beobachtung unter erschwerte Bedingungen

Das Erstellen des Fotos aus den Beobachtungsdaten war bei Sagittarius A* erheblich schwieriger als bei dem tausendfach größeren Schwarzen Loch M87*. Der Grund ist die schnelle Bewegung des leuchtenden Plasmas um unser „heimisches“ Schwarzes Loch: „Während das Gas Tage bis Wochen braucht, um das größere M87* zu umkreisen, vollendet es eine Umkreisung um das viel kleinere Sgr A* in nur wenigen Minuten“, erklärt Chi-kwan Chan von der University of Arizona.

Dadurch ändern sich Helligkeit und Muster des Gases um Sagittarius A* während der Beobachtung ständig und schnell. „Das ist ein bisschen wie der Versuch, ein klares Bild von einem Welpen zu machen, der schnell seinem Schwanz nachjagt“, so Chan. Um das Foto zu erstellen, mussten die Astronomen daher unter enormem Rechenaufwand und mithilfe spezieller Analysewerkzeuge eine Art Durchschnitt aller erstellten Aufnahmen erstellen. Mehr als 300 Forschende aus 80 Instituten auf der ganzen Welt waren an dieser fünf Jahre dauernden Arbeit beteiligt. (The Astrophysical Journal, Special Issue, 2022; doi: 10.3847/2041-8213/ac6674)

Quelle Event Horizon Collaboration, European Southern Observatory

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