"In einer Nacht so viele Daten wie am LHC im ganzen Jahr"

Falcke leitet seit 2004 ein Team an der Radboud-Universität in Nimwegen, das eine der ersten VLBI-Beobachtungen von Sgr A* durchführte. Die Forscher verwendeten ein in den USA beheimatetes Netzwerk, das vom National Radio Astronomy Observatory aufgebaut wurde, 2000 Kilometer umspannte und Daten bei sieben Millimeter Wellenlänge aufnahm. Mehr als einen Lichtklecks konnten sie so nicht erhaschen, und es schien in etwa, als ob sie das Schwarze Loch durch Milchglas sahen.

Seit 2007 machte auch die von Doeleman geführte Gruppe VLBI-Beobachtungen von Sgr A* und M87*, wobei sie näher in Richtung des Ereignishorizonts rückten. Obwohl sie kein Bild davon aufnehmen konnten, waren sie in der Lage, eine obere Grenze der Ereignishorizontgröße zu bestimmen. Schließlich vereinigten die zwei Gruppen ihre Kräfte und schlossen sich mit anderen zu der jetzigen EHT-Kooperation zusammen. Mit der Gruppe wuchs so auch die Zahl der beteiligten Teleskope für die Bildaufnahmen.

Hochpräzise Messung

Im April hat das EHT nur vier oder fünf Nächte Zeit für die Beobachtungen. Dieses Limit wird hauptsächlich durch die Nutzung des modernsten, 1,4 Milliarden US-Dollar teuren Atacama Large Millimeter Array (ALMA) in Chile gesetzt, dem am stärksten ausgebuchten Observatorium der Welt. Der Plan sieht vor, zwei Nächte bei Sgr A* und zwei bei M87* zu verbringen. An jeder Beobachtungsstation wird eine Atomuhr die Ankunftszeit jedes Maximums und jedes Minimums von jeder elektromagnetischen Welle auf fast ein Zehntel einer Nanosekunde genau festhalten, erklärt der Experte der theoretischen Astrophysik Feryal Özel von der University of Arizona in Tucson.

Laden... © Nature; Castelvecchi, D.: How to hunt for a black hole. In: Nature 543, S. 478-480, 2017; dt. Bearbeitung: Spektrum der Wissenschaft (Ausschnitt) Weltweiter Teleskopverbund

Bei der typischen Interferometrie werden die Ankunftszeiten an verschiedenen Orten in Echtzeit verglichen und zu seinem Ursprungspunkt trianguliert, um so ein Abbild zu rekonstruieren. Wenn die Observatorien allerdings rund um den Globus verstreut sind, einschließlich an Orten mit langsamen Internetverbindungen, dann müssen die Forscher die Datenströme getrennt aufnehmen und später vergleichen. "Es wird kein Bild vor uns auf dem Bildschirm auftauchen", weiß der Astrophysiker Daniel Marrone von der University of Arizona schon jetzt. Damit muss das EHT laut dem Astrophysiker Avery Broderick von der University of Waterloo in Kanada die Daten schneller aufnehmen als bei irgendeinem Experiment zuvor. Eine typische Nacht wird so viele Daten erzeugen wie die Experimente am Teilchenbeschleuniger LHC (Large Hadron Collider) bei Genf in der Schweiz in einem ganzen Jahr.

Die Stapel von Festplatten mit den Daten werden dann zu zwei zentralen Standorten geflogen. Dort sollen sie von Computerclustern zu einem Bild zusammengefügt werden, eine Aufgabe, die sechs Monate dauern könnte. Erst wenn diese Phase beendet ist, kann die Datenanalyse und damit die eigentliche wissenschaftliche Arbeit beginnen. Voraussichtlich werden also vor 2018 keine Ergebnisse zur Publikation bereitstehen.

Die Rolle der Jets

Astrophysiker erhoffen sich viel von den Ergebnissen des EHT. Sie sind besonders an Daten interessiert, mit deren Hilfe sie eines der spektakulärsten Phänomene im Kosmos erklären könnten: die gigantischen, auch als Jets bezeichneten Partikelströme, die bestimmte supermassereiche Schwarze Löcher mit annähernd Lichtgeschwindigkeit in den intergalaktischen Raum spucken. Einige dieser Schwarzen Löcher einschließlich M87* bilden Jets, die länger sind als ihre Muttergalaxien. Allerdings nicht alle: Falls Sgr A* überhaupt welche hat, sind sie zu klein oder zu schwach, als dass man sie derzeit ausmachen könnte.

Die Wissenschaftler sind sich im Moment nicht einmal sicher, woraus diese Jets bestehen, auch wenn sie eine extrem große Rolle in der kosmischen Evolution zu spielen scheinen. Speziell bei der Erhitzung interstellarer Materie können Jets das Material daran hindern, abzukühlen und Sterne zu bilden, wodurch das Wachstum der Galaxie beendet würde, erklärt Broderick. "Jets bestimmen das Schicksal von Galaxien."

Nach Meinung der Astrophysiker werden Jets höchstwahrscheinlich durch schnell rotierende Magnetfelder gleich außerhalb der Schwarzen Löcher gebildet; unklar ist jedoch, woher die Energie kommt. In den 1970er Jahren schlugen Blandford und seine Kollegen zwei alternative Modelle vor. Laut dem einen stammt die Energie von der Akkretionsscheibe; laut dem anderen entsteht sie aus der Rotation des Schwarzen Lochs (die nicht unbedingt mit der Rotation der Akkretionsscheibe übereinstimmen muss). Doelemans Gruppe berichtete 2015 von ersten Hinweisen auf Strukturen im Magnetfeld, welches Sgr A* umgibt. Ihren Ergebnissen zufolge sind die Drehungen der Schwarzen Löcher eher als die Akkretionsscheiben für die Bildung der Jets verantwortlich, meint Bandford. Die geballte Kraft der anstehenden Experimente könnte diese Schlussfolgerung noch untermauern und auch aufdecken, ob Sgr A* überhaupt Jets hat.

Test für Einstein

Wenn man mehr die grundlegenden Theorien betrachtet, ließe sich anhand der Größe und Form des Ereignishorizonts zum ersten Mal Einsteins Gravitationstheorie in einem extremen System um ein supermassereiches Schwarzes Loch herum überprüfen. Dies könnte die historischen Entdeckungen des LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) aus dem letzten Jahr weiterführen. Die Forscher fingen dabei das Signal von Gravitationswellen auf, die sich die Verschmelzung Schwarzer Löcher mit der Masse großer Sterne bildeten. Dies wurde als bisher deutlichster Hinweis auf die Existenz Schwarzer Löcher gefeiert, auch wenn sie als nicht unwiderlegbar gelten. Außerdem sind supermassereiche Schwarze Löcher Millionen oder Milliarden Mal größer, hebt Broderick hervor. "Wir schauen an einen Ort, von dem wir nicht wirklich wissen, wie dort die Physik funktioniert."

Vielleicht findet das EHT bei ihren Messungen sogar etwas ganz anderes als ein Schwarzes Loch in dem Zielgebiet. Theoretiker haben eine Reihe alternativer Erklärungen entwickelt, was passiert, wenn Materie unter dem eigenen Gewicht kollabiert. In einigen dieser Theorien formt sich nie ein Schwarzes Loch, weil der Gravitationskollaps endet, bevor die stellaren Überreste den Point of No Return überschreiten. Das könnte zu einem superkompakten Stern mit harter Oberfläche führen, der von der EHT detektierbare Strahlung abgeben könnte.

Doch laut Meinung des Astrophysikers Carlos Barceló vom Institute of Astrophysics in Granada sind solche Ergebnisse unwahrscheinlich. "Ich bin ein wenig skeptisch, ob diese Beobachtungen die Unterscheidung zwischen dem klassischen Schwarzen Loch und exotischeren Arten von Objekten ermöglichen." Nicht nur er glaubt, die Gravitationswellendetektoren von LIGO könnten die Modelle besser durch Detektion von Echos bei der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher oder anderem testen.

Während die VLBI Beobachtungen aber immer ausgefeilter werden, könnten Wissenschaftler eines Tages vielleicht bestimmen, ob der Ereignishorizont überhaupt so symmetrisch ist, wie es die allgemeine Relativitätstheorie vorhersagt, erklärt der Analyst Alexander Wittig vom European Space Research and Technology Centre in Noordwijk. "Zukünftige Versionen eines Event Horizon Telescope könnten Auflösungen erreichen, mit deren Hilfe sich komplizierte Merkmale bei der Form des Schattens unterscheiden ließen", erklärt Wittig. Dabei denkt Falcke bereits über Reihen von Weltraumteleskopen nach, wodurch das EHT sogar noch größer als die Erde werden könnte.

Doch im Augenblick wären die Astronomen schon über einige wenige Pixel glücklich, die ihnen einen ersten kurzen Blick auf die schwer fassbaren Giganten geben würden. In den Köpfen der Forscher schwirrten so viele Bilder herum, oft inspiriert von Sciencefiction-Büchern und Filmen wie "Interstellar". "Ist es nicht ein magischer Gedanke, die Radioastronomie könnte mit Hollywood gleichziehen und Bilder von tatsächlich existenten Schwarzen Löchern präsentieren", schließt Blandford.