Seite 2: Wie sieht ein Schwarzes Loch aus?

Der Begriff "black hole" wurde 1967 von dem Princeton-Physiker John Wheeler geprägt. Seitdem fragt sich die Physikerzunft, wie solch ein dunkles Objekt aus der Ferne aussehen könnte. Abb. 2 ist eine Simulation des Teams um das EHT. So könnte das Ergebnis der astronomischen Messungen aussehen, wenn Materie in einer Scheibe rund um das schwarze Loch herumgewirbelt wird und Energie ausstrahlt. Es ist die sogenannte Akkretionsscheibe, die Schwarze Löcher umhüllt und letztendlich verrät. Dazu kommen sogenannte Jets von Materie, die orthogonal zur Akkretionsscheibe weg katapultiert werden, die aber in dieser Simulation nicht berücksichtigt wurden.

Der Physiker Kip Thorne, Nobelpreisträger im Jahr 2017, hat für den Hollywood-Film "Interstellar" ein anderes optisches Aussehen eines Schwarzen Lochs vorgeschlagen.

Abb. 3. zeigt im Prinzip eine ähnliche Idee wie die in Abb.2, aber hier sehen wir die Akkretionsscheibe von der Seite und nicht von oben. Da das Licht der Akkretionsscheibe, das hinter dem Schwarzen Loch nach oben und unten strahlt, sich durch die massive Anziehung des Schwarzen Loches zu uns dreht, sehen wir auch den hinteren Teil der Akkretionsscheibe, aber gleich doppelt, über und unter dem Schwarzen Loch! D.h. letztendlich sehen wir die Akkretionsscheibe sowohl von der Seite als auch von oben. Der Vorschlag wurde durch einen Artikel in der Zeitschrift "Classical and Quantum Gravity" untermauert.

Das große Problem dabei, eine solch schöne Struktur von Sgr A* sichtbar machen zu können, ist jedoch, dass der Ereignishorizont um das Schwarze Loch (von der Erde aus gesehen) einen Winkel in Teleskopen auf der Erde abdeckt, der 100.000 Mal kleiner ist als der Winkel für die Beobachtung der Mondoberfläche.

Radioteleskope im Verbund

Die EHT-Kollaboration besteht, wie oben erwähnt, aus einer Reihe von diversen um die Erde verteilten Radioteleskope. Idealerweise hätte man lieber eine Parabolantenne von der Größe der Erde, um die kleinen Strukturen rund um Sgr A* auflösen zu können. Die nächst bessere Alternative besteht darin, viele Radioteleskope auf dieselbe Region im Himmel zu richten und deren Messungen zu kombinieren.

Abb. 4 zeigt das Netz der beteiligten Teleskope in Amerika, Europa und sogar in der Antarktis. Verglichen mit der Erdoberfläche sind die Antennen von diesen Teleskopen freilich vernachlässigbar klein. Jedoch muss man sich die Erde in Bewegung vorstellen, während die Teleskope ihren Fokus auf Sgr A* durch eine ausgleichende Mitbewegung aufrechterhalten. Zeichnet ein Teleskop dieselbe Region im Himmel über 12 Stunden auf, dann können diese Daten kombiniert werden und es ist so, als ob die Antenne, sagen wir mal, 50 Meter hoch wäre, aber die Länge von einem Erddurchmesser hätte! Das sind immerhin tausende Quadratkilometer pro Teleskop.

Die Messungen der Teleskope zeitlich untereinander zu kombinieren, ist allerdings etwas komplizierter. Die Radiowellen erreichen die unterschiedlichen Teleskope zu unterschiedlichen Zeiten. Da es sich um Wellen handelt, kann ein Teleskop das Maximum der Welle messen, während ein anderes das Minimum registriert. Die Signale aller Teleskope müssen deswegen durch destruktive und konstruktive Welleninterferenz zusammengebracht werden. Dies braucht nicht in Echtzeit zu geschehen. Die gemessenen Signale können in Petabyte-Datenträgern mit einem sehr genauen Zeitstempel aufbewahrt werden. Mit einem Supercomputer kann man anschließend die geographische Lage der Teleskope, die Bewegung der Erde und die Interferenz der Wellen simulieren, um aus vielen Radioteleskopen ein virtuelles Teleskop zu gestalten, d.h. das EHT.

Im Jahr 2017 wurden viele solcher Messungen durchgeführt und gespeichert. Im Frühjahr 2018 soll eine erste Auswertung vorgestellt werden. Wenn alles gut läuft, sollte auf den Bildern zum ersten Mal der Schatten von Saggitarius A* zu erkennen sein. Wir hätten das erste gut aufgelöste Bild eines Schwarzen Lochs und Hollywood müsste "Interstellar" eventuell neu verfilmen.