Funkelndes Schwarzes Loch

Ein Koloss im Wandel

Von Sibylle Anderl
Aktualisiert am 01.10.2020
 - 15:12
Simulation des Supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Galaxie, so wie es bei der Beobachtung mit dem Radioantennenverbund „Event Horizon Telescope“ erscheinen könnte.zur Bildergalerie
Das erste Bild vom Schatten des Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M 87 war 2019 eine wissenschaftliche Sensation. Jetzt haben sich die Astronomen des Event Horizon Telescope ältere Beobachtungsdaten angesehen. Sie konnten verfolgen, wie sich der helle Ring des Massenmonsters über mehrere Jahre hinweg verändert hat und zu funkeln scheint.

Bislang war 2020 ein enttäuschendes Jahr für das Event Horizon Telescope (EHT), für jene internationale Kollaboration also, die der Welt im vergangenen Jahr das erste Bild des Schattens eines Schwarzen Lochs beschert hatte. Beobachtungen, die Teleskope auf der ganzen Welt im Jahr 2017 aufgenommen hatten, waren dafür so kombiniert worden, dass die resultierende räumliche Auflösung des Bildes derjenigen eines Teleskops von beinahe Erddurchmesser entsprach. Das Ergebnis zierte im vergangenen Frühjahr die Titelseiten fast aller Tageszeitungen: ein asymmetrischer Ring, der unten heller erschien als oben. Ende März hätte eine neue Beobachtungskampagne starten sollen, für die das Teleskop-Netzwerk noch weiter ausgebaut werden sollte. So wäre das von der Max-Planck-Gesellschaft mitbetriebene Noema-Observatorium in den französischen Alpen erstmalig Teil des Verbundes gewesen.

Die Corona-Krise mit den verbundenen Schließungen einiger der teilnehmenden Observatorien vereitelte diese Pläne, eine Verschiebung der Beobachtungen auf einen späteren Zeitpunkt im Jahr war nicht möglich, da die besonderen Anforderungen an Wetter und Himmelskonfiguration nur wenige Tage im Jahr überhaupt geeignet machen. Während also weiter auf eine Fortsetzung der EHT-Beobachtungen gewartet werden muss, existieren immerhin genügend alte Beobachtungsdaten, um wissenschaftliche Analysen weiterzuführen. Davon zeugt eine aktuell im „Astrophysical Journal“ erschienene Studie der EHT-Kollaboration, die sich noch einmal mit dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Galaxie M87 befasst, das auf dem historischen Bild im vergangenen Jahr zu sehen gewesen war.

Für diese Studie trugen die Astronomen Beobachtungen aus den Jahren 2009 bis 2013 zusammen. Vor 2013 hatte die Zahl der teilnehmenden EHT-Teleskope noch nicht ausgereicht, um genügend Informationen zur Erstellung eines wirklichen Bildes zu sammeln. Bestimmte theoretische Rückschlüsse lassen sich aus den unvollständigen Daten dennoch ziehen.

Variierendes Helligkeitsmaximum

Man kann sich die Funktionsweise der dahinterstehenden Technik der Interferometrie, die auf der Grundlage räumlicher Bildfrequenzen funktioniert, anhand eines Klaviers verständlich machen: Ein Teleskop mit dem Durchmesser der Erde wäre ein perfekt funktionierendes Klavier. Doch je unvollständiger die Abdeckung des virtuellen erdgroßen Teleskops mit den (mit der Erde rotierenden) realen Einzelteleskopen ist, desto mehr Tasten des Klaviers wären in der Analogie defekt. Wenn man auf diesem Klavier ein Lied spielte, dann gab es 2013 genügend funktionierende Tasten, um das Lied trotz fehlender Töne zuverlässig zu erkennen. Aus den früheren noch unvollständigeren Daten kann man dagegen zwar nicht das Lied ableiten, aber wenn man es bereits aus den Daten von 2013 kennt, kann man zumindest sagen, inwiefern es sich mit der Zeit verändert hat.

Genau das haben die Astronomen anhand der alten und teilweise bislang unveröffentlichten Daten unternommen, indem sie verschiedene Modellrechnungen zum Vergleich heranzogen. Das erste wichtige Ergebnis, das sie dabei erzielten: Alle Beobachtungen weisen auf eine Ringstruktur hin, der Schatten des Schwarzen Lochs scheint in allen Jahren gleichermaßen zu sehen gewesen zu sein. Alternativ könnte zwar auch eine flächige Quelle die Beobachtungen erklären. Aber solch ein Modell würde im beobachteten Zeitraum so starke Veränderungen hinsichtlich der Größe, Form und Orientierung der Quelle erfordern, dass es im Vergleich zu einer relativ konstanten Ringstruktur unplausibel wirkt. Dieses Resultat unterstreicht die Glaubwürdigkeit des im vergangenen Jahr veröffentlichten Bildes.

Doch auch der Ring zeigt zwischen 2009 und 2017 Veränderungen – das ist das zweite Ergebnis der Arbeit. Konkret fanden die Astronomen leichte Variationen des Durchmessers und der Position des Helligkeitsmaximums auf dem Ring. Die Umgebung des Schwarzen Lochs scheint sich also innerhalb von Jahren zu verändern. Die beobachteten Veränderungen können genutzt werden, um Simulationen des Schwarzen Lochs weiter zu verbessern und so Größen wie den Eigendrehimpuls des Schwarzen Lochs, sein Magnetfeld oder die Dynamik und Physik des umgebenden Gases besser abschätzen zu können.

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So interessant dieses Ergebnis auch ist, mancher wird bei dessen Veröffentlichung eine gewisse Enttäuschung verspürt haben. Denn bei der zunächst noch vagen Ankündigung eines neuen EHT-Ergebnisses war für viele die naheliegende Erwartung, dass es endlich Neuigkeiten zu dem supermassereichen Schwarzen Loch geben würde, das uns selbst am nächsten ist: Sagittarius A* im Zentrum der Milchstraße. Trotz seiner Nähe ist es angesichts seiner starken Variabilität schwieriger zu beobachten als das sehr viel größere Objekt M87*. Für das EHT wird ein Bild von Sagittarius A* daher den nächsten großen Schritt bedeuten – für den wir uns aber offenbar noch ein bisschen gedulden müssen.

Quelle: F.A.Z.
Autorenbild/ Sybille Anderl
Sibylle Anderl
Redakteurin im Feuilleton.
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