Schwarzes Loch

Wo sich die dunklen Schatten drehn

Von Ulf von Rauchhaupt
15.05.2022
, 10:32
Simulierte Radioemission des Schwarzen Lochs SgrA*
Video
Was auf dem neuen Bild des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße zu sehen ist – und was nicht
ANZEIGE

Sieht man sich die beiden Bilder an, fragt man sich, ob die Forscher nicht enttäuscht sind. Gleicht das eine denn nicht fast dem anderen? Doch der in orange eingefärbte Radiostrahlung eingebettete Schatten des Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M87 zierte 2019 die Titelseiten, der von Sagittarius A* im Nabel der Milchstraße diesen Freitag. Der eine wird von sechs Milliarden Sonnenmassen in einem Volumen vom Durchmesser unseres Sonnensystems erzeugt, im anderen verbirgt sich die Masse von vier Millionen Sonnen in einem Gebiet, das innerhalb der Bahn des sonnennächsten Planeten Merkur Platz fände. Im einen Fall strömt Plasma kataraktgleich von außen ein, im anderen mit der Wucht eines tropfenden Wasserhahns.

Doch genau deswegen liegt die Bedeutung des neuen Bildes genau in seiner Ähnlichkeit zum alten. „Nun wissen wir, dass das kein Zufall war“, sagte die Astrophysikerin Feryal Özel von der University of Arizona am Donnerstag in Washington auf der Pressekonferenz des amerikanischen Teils der Forscherkollaboration „Event Horizon Telescope“ (EHT). „Es war nichts in der Umgebung, was das Bild zufällig so aussehen lässt wie den Ring, den wir erwartet hatten“, so Özel weiter. „Die beiden Bilder ähneln sich, weil sie die Folgen fundamentaler Effekte der Gravitation sind.“ Einsteins Gravitationstheorie wurde in einem der extremsten heute der Beobachtung zugänglichen Regimes abermals stupend bestätigt – aber eben über drei Größenordnungen hinweg.

Video starten02:05
© GoetheUniversität

Denn es gibt durchaus alternative Ideen, die versuchen, die Konzentration solch enormer Massen auf so kleine Volumina zu erklären, ohne ein Schwarzes Loch mit seinem Ereignishorizont – also einer Grenze, hinter der nichts mehr herauskommt, was einmal hineingeraten ist. Doch viele dieser Ideen sind nun auch für Sagittarius A* hinfällig: „Nackte Singularitäten und Wurmlöcher können wir ausschließen“, sagt Luciano Rezzolla von der Universität Frankfurt. Nackte Singularitäten, das wären Punkte unendlich großer Raumkrümmung ohne verhüllenden Ereignishorizont, und Wurmlöcher tunnelartige Abkürzungen durch die Raumzeit. Die Beschäftigung mit den Auswirkungen solcher hypothetischer Strukturen ist eine der Spezialitäten von Rezzolla und seiner Gruppe, die das Verhalten von Strahlung, Plasma und Magnetfeldern in extrem gekrümmter Raumzeit in Computersimulationen berechnet, um es mit den Daten des EHT zu vergleichen.

ANZEIGE

Kaum noch Chancen für Gravasterne

Auch sogenannte Gravasterne – Kugeln aus „falschem Vakuum“, die eigens erdacht wurden, um nicht an Schwarze Löcher glauben zu müssen – können weder hinter M87* noch Sagittarius A* stecken. „Jedenfalls in ihren gängigen Formulierungen“, sagt Luciano Rezzolla. Der zentrale Schatten wäre dort weniger ausgeprägt, da die einströmende Materie eine Oberfläche erreichen und dort strahlen würde. „Die Leute, die Grava­sterne mögen, haben sich aber auch hier etwas ausgedacht: Es könnte ja sein, dass die Materie sich nicht auf der Oberfläche ansammelt, sondern absorbiert wird, wie Wasser, das auf Sand fällt und versickert.“

ANZEIGE

Das Überprüfen exotischer Ideen ist freilich nicht die Hauptbeschäftigung von Rezzollas Gruppe in der EHT-Kollaboration. Ihre Simulationsrechnungen halfen, eine Bibliothek aus mehr als fünf Millionen Bildern zu bestücken, von denen ein jedes zeigt, wie Sagittarius A* in dem vom EHT untersuchten Radiolicht strahlen würde, wenn man für das Objekt einen bestimmten Satz an Eigenschaften annimmt: Richtung und Stärke der Rotation zum Beispiel oder ob die umgebenden Magnetfelder schwach sind und daher von der Plasmaströmung mitgerissen werden oder im Gegenteil so stark, dass das Plasma ihnen folgen muss. In diese Modelle wird dann noch hineingesteckt, was man astronomisch sicher weiß, etwa die Masse des Schwarzen Lochs Sagittarius A*. „Damit landet man dann bei sehr wenigen Modellen, die funktionieren“, sagt Rezzolla. Es sind etwa jene, in denen die Magnetfelder den Plasmaströmen sagen, wo es langgeht (und nicht umgekehrt), wo das Schwarze Loch mit dem umgebenden Plasma rotiert (und nicht dagegen) und seine Rotationsachse fast Richtung Erde zeigt – der Winkel zur Sichtlinie beträgt etwa 30 Grad. Zudem sieht es für Rezzolla danach aus, als liege die Rotationsgeschwindigkeit nahe am Maximum – es ist eine relativitätstheoretische Eigenart Schwarzer Löcher, sich nicht beliebig schnell drehen zu können. „Die annähernd maximale Rotation ist allerdings keine Messung“, betont Rezzolla. „Aber unsere Modelle deuten in diese Richtung.“

Fehlt da vielleicht noch ein Stück Physik?

Der augenfälligste Unterschied zwischen den beiden EHT-Bildern sind die „Blobs“ genannten Verdickungen des Rings. Während der eine bei M87* einen realen geometrischen Grund hat – hier strömt das unter einem Winkel zur Sichtlinie rotierende Plasma auf den Beobachter zu –, ist das für die drei um Sagittarius A* anders. „Keinen dieser drei Blobs sollte man ernst nehmen“, sagt Rezzolla. Ihre Positionen sind die in einem Bild, das sich durch Mittelung über viele mit den EHT-Daten kompatible Bilder ergeben hat. Die Realität der Blobs sei nicht die ihrer Position auf dem Ring, sondern eine statistische: Sie zeugen von der Inhomogenität der leuchtenden Materie und ihrer Strömungsbewegungen. Deren rasche Variabilität ist eines der Gründe, weswegen die Auswertung der EHT-Daten für Sagittarius A* so viel schwieriger war, allerdings ist sie schwächer, als es aus den Modellrechnungen herauskam. „Da gibt es mehr Variabilität, als wir in den Daten sehen“, sagt Rezzolla. „Das ist eines der Probleme, die wir noch lösen müssen. Vielleicht gibt es da ein Stück Physik, das uns noch fehlt.“

Daher gilt es, das Bild von Sagittarius A* zu verbessern – durch Auswertung noch unbearbeiteter Daten und neuer EHT-Beobachtungen, auch unter Hinzunahme weiterer Teleskope. Von 2024 an soll eine Technik zur Verfügung stehen, die es erlaubt, die Fluktuationen auch zeitlich aufzulösen, also zu filmen. Dem kleineren der beiden Gravitationsmonster – und weitere werden erst einmal nicht erreichbar sein – wird dabei wohl die höhere Aufmerksamkeit zuteilwerden, aber nicht nur aus Milchstraßenpatriotismus: „M87* ist eines der größten Schwarzen Löcher im Universum und stößt einen Jet aus, der seine gesamte Galaxie durchdringt“, sagte Michael Johnson vom Harvard Smithsonian Center for Astrophysics am Donnerstag in Washington. In den Zentren der meisten Galaxien, zumindest im näheren Universum, geht es aber eher zu wie in dem der Milchstraße. „M87* ist aufregend, weil es so außergewöhnlich ist, Sagittarius A* ist aufregend, weil es so normal ist.“

ANZEIGE
Quelle: F.A.S.
Autorenporträt / Rauchhaupt, Ulf von (UvR)
Ulf von Rauchhaupt
Redakteur im Ressort „Wissenschaft“ der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung.
  Zur Startseite
Lesermeinungen
Alle Leser-Kommentare
Verlagsangebot
Verlagsangebot
Zertifikate
Weiterbildung in der Organisationspsychologie
Sprachkurse
Lernen Sie Italienisch
Englisch
Verbessern Sie Ihr Englisch
ANZEIGE