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Interview: „Wunderbare Bestätigung unserer Beobachtungen“

Nobelpreisträger Reinhard Genzel über das erste Bild unseres Schwarzen Lochs

ALMA
Die ALMA-Teleskope in Chile sind eines der acht Radioobservatorien, deren gemeinsame Beobachtung nun erstmals unser Schwarzes Loch sichtbar gemacht haben. © ESO, José Francisco Salgado (josefrancisco.org)/ EHT Collaboration

Der Astronom Reinhard Genzel gehört zu den ersten, die anhand von Sternbewegungen die Existenz eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Galaxie belegt haben – er erhielt 2020 dafür den Nobelpreis. Mit der ersten Aufnahme des Schwarzen Lochs durch das Event-Horizon-Teleskop haben Astronomen es jetzt erstmals direkt sichtbar gemacht. Was die Aufnahme über Sagittarius A* verrät und wie gut sie zu den Vorhersagen passt, erklärt Genzel im Interview.

Mit dem Event Horizon Telescope (EHT) haben Astronomen jetzt erstmals das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße sichtbar gemacht. Der Astronom Reinhard Genzel, Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, nimmt den Schwerkraftgiganten ‚Sagittarius A* schon seit mehr als drei Jahrzehnten ins Visier. Mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile beobachten er und sein Team die Bewegung von Sternen, die das unsichtbare Objekt umschwirren wie Motten das Licht. 2020 erhielt er für seine Ergebnisse den Nobelpreis für Physik.

Reinhard Genzel
Reinhard Genzel vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik erhielt 2020 für seine Forschungen zu Sagittarius A* den Nobelpreis. © Jan Greune

Im Interview ordnet Genzel nun das jüngste Ergebnis der EHT-Kollaboration ein.

Wie beurteilen Sie das Bild des galaktischen Zentrums vor dem Hintergrund Ihrer eigenen Messungen?

Reinhard Genzel: Das Bild ist ein sehr schönes Ergebnis und eine wunderbare Bestätigung unserer ultrapräzisen Beobachtungen im infraroten Licht. Wir hatten aus der Umlaufbewegung von Sternen um das Schwarze Loch Sagittarius A* dessen Masse mit einer Genauigkeit von 0,1 Prozent und seine Entfernung zur Erde mit einer Genauigkeit von 0,2 Prozent bestimmt. Daraus leiteten wir ab, dass der Schatten des Schwarzen Lochs einen Radius von 26 Mikrobogensekunden haben muss.

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Die Größe des von den EHT-Kollegen gemessenen Schattens stimmt mit dieser Vorhersage innerhalb der Messfehler sehr gut überein. Und der sogenannte Ereignishorizont des Objekts besitzt einen Radius von zehn Mikrobogensekunden – unter diesem Winkel würde eine Ein-Euro-Münze auf dem Mond erscheinen. Auch dieser Wert stimmt hervorragend mit dem Modell eines Schwarzen Lochs mit der von unserem Gravity-Team bestimmten Masse von vier Millionen Sonnen überein.

Was lässt sich aus diesen Daten ableiten?

Zusammen mit dem, was wir bisher wussten, können wir nun getrost viele Spekulationen ausschließen, die physikalische Alternativerklärungen zu einem Schwarzen Loch enthalten. Dazu zählen etwa aus schweren bosonischen oder fermionischen Elementarteilchen zusammengesetzte Massenkonzentrationen derselben Masse wie des Schwarzen Lochs, aber mit wesentlich größerem Durchmesser. Oder extrem dichte Sternhaufen, die sich im Herzen der Milchstraße zusammenballen.

Wie unterscheiden sich Ihre Beobachtungen von denen mit dem Event Horizon Telescope?

Wir nutzen zwar auch die Methode der Interferometrie, also vereinfacht gesagt die Überlagerung von Licht, arbeiten aber im infraroten Bereich mit einem Instrument namens Gravity, das am Very Large Telescope Interferometer der Europäischen Südsternwarte montiert ist. Dessen Detailauflösung ist im Vergleich zum Event Horizon Telescope, das ja praktisch einem virtuellen Teleskop von Erdgröße gleicht, naturgemäß nicht so hoch.

Aber das hat auch sein Gutes: So konnten wir etwa die Helligkeitsschwankungen des Gases, das in geringer Entfernung um das Schwarze Loch herumwirbelt, beobachten. Für das Event Horizon Telescope mit seiner enorm hohen Detailauflösung von 20 Mikrobogensekunden war das jedoch ein Problem, weil die Bilder aufgrund der ständigen Variabilität der Materie unscharf werden.

Erst Ihre Ergebnisse, jetzt das Bild – man könnte meinen, es gebe nichts mehr zu beobachten…

Nein, ganz und gar nicht! So würden wir zum Beispiel gern wissen, wie schnell das Schwarze Loch rotiert, was es also für einen Spin hat. Das lässt sich aus dem Bild nicht ableiten. Und auch die Neigung der Rotationsebene bleibt unsicher.

Weshalb ist die Kenntnis dieser Größen wichtig?

Die Allgemeine Relativitätstheorie sagt, dass Schwarze Löcher lediglich durch Masse und Drehimpuls, also Spin, charakterisiert sind. Zudem gilt bei diesen Objekten das sogenannte No-Hair-Theorem. Will heißen, dass ein Schwarzes Loch am Ereignishorizont, also seiner Grenzfläche, keinerlei lokale Struktur aufweist. Kurz: Wenn Sie die genannten beiden Größen Masse und Spin kennen, dann sind Sie fertig, dann haben Sie das Schwarze Loch vollständig beschrieben.

Wären dann alle Rätsel gelöst?

Nicht ganz, denn der Theorie zufolge existiert im Kern eines schwarzen Lochs eine sogenannte Singularität. Das ist nach der Relativitätstheorie ein Punkt mit unendlich hoher Masse und unendlich starkem Gravitationsfeld, in dem die Raumzeit nicht mehr definiert ist. Diese Singularität ist nicht zugänglich und ich wüsste nicht, wie man sie jetzt und in Zukunft jemals untersuchen könnte. Bei diesem Problem muss ich passen.

Quelle: Max-Planck-Gesellschaft

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