Sagittarius A* ist nur ein winziger Punkt in diesem Chaos. Seine Größe schätzen Forscher damals auf ein Dutzend Millionen Kilometer – gerade mal das Zehnfache des Durchmessers unserer Sonne. Aus heutiger Sicht hatte man die Größe damit um 50 Prozent unterschätzt. Und so gingen Experten noch zu Beginn der 1990er Jahre davon aus, dass man das Massemonster mit irdischer Technik schlicht nicht erfassen könnte: In 26 000 Lichtjahren Entfernung würde der Ereignishorizont 10 000-fach kleiner als das erscheinen, was das Hubble-Weltraumteleskop auflösen kann.

Das hielt Radioastronomen zwar nicht davon ab, ihre Parabolschüsseln immer wieder gen Sagittarius A* zu richten. Aber alles, was sie sahen, war ein verschwommener Fleck, der allenfalls Rückschlüsse auf die weitläufige Umgebung im Galaktischen Zentrum zuließ.

Die Lage ändert sich erst in den 1990er Jahren. Der junge deutsche Astrophysiker Heino Falcke forscht zu dieser Zeit am Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie. Er ist ein charismatischer Rheinländer, der sich in seiner Freizeit in der evangelischen Gemeinde seines Heimatorts Frechen engagiert. Für ihn sind Wissenschaft und Religiosität kein Gegensatz: Die Physik beschreibt all das, was man messen kann. Jenseits dessen bleibt aus seiner Sicht noch genug Platz für Glaube.

Gut, dass es Bücher gibt

Seit seiner Doktorarbeit interessiert sich Falcke brennend für das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße. Entweicht Radiostrahlung nur in großem Abstand von ihm oder auch in unmittelbarer Nähe? Die unscharfen Messdaten zu dieser Zeit sind mit beiden Szenarien kompatibel.

Bereits 1992 hat Falcke gemeinsam mit Kollegen ein Modell entwickelt, demzufolge die Strahlung von knapp oberhalb des Ereignishorizonts kommen müsste, von dort, wo Materie in den Schlund des Monsters rutscht. Aber kann es das von der Erde aus wirklich beobachten?

Genau wie seine Kollegen ist Falcke zunächst pessimistisch. Doch eines Tages blättert er in der Bibliothek des Bonner Max-Planck-Instituts durch einen alten Tagungsband – und stößt per Zufall auf eine Arbeit aus dem Jahr 1973, die bisher kaum Beachtung gefunden hat.

Der US-Amerikaner James M. Bardeen rechnet darin aus, wie es wirken würde, wenn ein Stern direkt hinter einem Schwarzen Loch stünde. In diesem Fall sähe ein Beobachter den Stern trotzdem, denn, denn Licht kann einen Bogen um das massereiche Objekt machen. Die Umrundung klappt aber nur bis zu einem bestimmten Orbit: Fliegt ein Lichtteilchen zu nah am Schwarzen Loch vorbei, wird es auf Bahnen gezogen, die es hinter dem Ereignishorizont verschwinden lassen.

Laden... © NRAO/AUI/NSF / Supermassive black hole hidden behind dense clouds / CC BY 3.0 CC BY (Ausschnitt) Künstlerische Darstellung | Bisher existieren nur am Computer erstellte Visualisierungen vom Umfeld eines Schwarzen Lochs. Die Objekte werden von einem turbulenten Mix aus Staub und Gas umgeben.

Auf einer Teleskopaufnahme würde dieser Rand – die Physiker sprechen vom »letzten Photonenorbit« – klar hervortreten. Was die Größe der Struktur anbelangt (Falcke und Kollegen werden sie später »Schatten« taufen), kommt Bardeen zu einem überraschend ermutigenden Ergebnis: Der Schatten müsste einen 2,5-Mal so großen Durchmesser wie der Ereignishorizont haben. Schließlich verformt das Schwarze Loch die umliegende Raumzeit zu einer Art überdimenstionierter Lupe.

»Das war der Aha-Moment«, erinnert sich Falcke. Denn er erkennt, dass die Überlegung seines US-amerikanischen Kollegen auch für den Fall gelten könnte, in dem ein Schwarzes Loch von einer leuchtenden Scheibe aus heißer Materie umgeben ist. Ein ähnliches Szenario hatte der französische Astronom Jean-Pierre Luminet bereits 1979 durchgespielt.

Falcke kennt den Aufsatz zu dieser Zeit nicht, stellt aber auf Basis von Bardeens Abschätzungen fest, dass Sagittarius A* wider Erwarten groß genug wäre für eine Beobachtung von der Erde aus. Die Rechnungen passen auch gut zu Messdaten aus dem galaktischen Zentrum, die Falckes Kollegen Thomas Krichbaum und Anton Zensus zu dieser Zeit am Bonner Max-Planck-Institut vorstellen. Sie lassen zwar noch keinen Rückschluss auf Details zu. Doch man kann sie so interpretieren, dass es in der Mitte von Sagittarius A* einen Bereich gibt, aus dem keine Strahlung entweicht.

Von 1995 an verkündet Falcke auf Konferenzen, man könne ein Bild des Schattens von Sagittarius A* machen. Seine Kollegen müssen Falcke und andere Forscher, die ebenfalls dafür werben, aber erst noch überzeugen. Im Jahr 2000 legt der Deutsche dann gemeinsam mit seinen Kollegen Fulvio Melia und Eric Agol en détaildar, wie die Beobachtung gelingen könnte.

Große Auflösung im Verbund

Den Schlüssel sehen die Astrophysiker in einer Technik namens »Very Long Baseline Interferometrie«, kurz VLBI. Sie ist zu dieser Zeit bereits ein etabliertes Verfahren, unter anderem die Bonner MPI-Gruppe um Krichbaum und Zensus arbeitet damit.

Bei VLBI blicken Astronomen mit mehreren weit entfernten Radioteleskopen auf dieselbe Quelle am Himmel. Mit Hilfe extrem präziser Atomuhren halten die Astronomen an jedem der Standorte fest, wann eine Radiowelle das jeweilige Teleskop erreicht hat. Anhand dieser Zeitstempel fügen die Forscher die Ergebnisse anschließend an einem Supercomputer zusammen.

Auf diese Weise erhält das Bild eine deutlich bessere Auflösung. Theoretisch kann ein VLBI-Verbund dadurch Werte eines gigantischen »virtuellen« Teleskops erreichen. Sein Auflösungsvermögen entspricht dem eines Teleskops, das die gesamte Fläche zwischen den zusammengeschalteten Einzelteleskopen füllt.

Im Jahr 2000 ist klar: Für die Beobachtung eines Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie ist die Technik noch nicht gut genug. Im großen Stil funktioniert VLBI zu dieser Zeit nur für Strahlung mit einer Wellenlänge von drei oder mehr Millimetern. Für ein Bild des Schwarzen Lochs müsste man hingegen bei einem oder einigen zehntel Millimetern Wellenlänge beobachten, argumentieren Falcke und seine Kollegen. Und hier steckt VLBI noch in den Kinderschuhen, trotz erster ermutigender Tests durch die Bonner Radioastronomen um Anton Zensus.

»Wir haben uns in dieser Zeit nach und nach an immer kürzere Wellenlängen und größere Basislinien herangepirscht«, erinnert er sich. Anfang der 2000er Jahre koordiniert Zensus etwa einen transatlantischen Zusammenschluss von europäischen und amerikanischen Radioteleskopen, die bei drei Millimetern beobachten, das Global mm-VLBI Array. Es sind wertvolle Erfahrungen für die spätere Arbeit mit dem Event Horizon Telescope – aber für einen klaren Blick ins galaktische Zentrum reicht es noch nicht, auch wegen der verwendeten Wellenlänge.

Submillimeter-Strahlung wirkt hier wie die einzige Chance der Astronomen. Andere Wellenlängen werden entweder von der Erdatmosphäre abgefangen, oder sie kommen erst gar nicht durch die dichten Staub- und Gaswolken, die sich zwischen der Erde und dem Zentrum der Milchstraße ballen. Irgendwo auf dem Weg driftet auch turbulentes Gas durchs All, das sämtliche Bilder von Sagittarius A* wie ein Milchglas verzerrt.

Millimeterwellen durchdringen alle diese Hindernisse mehr oder weniger mühelos. Das Problem: Im Jahr 2000 gibt es nur wenige Anlagen, welche die hochfrequenten Radiowellen aufspüren können. Die Oberflächen der Parabolantennen müssen dafür deutlich glatter sein als bei Radioteleskopen für größere Wellenlängen. Auch müssen die Geräte mehrere Kilometer oberhalb des Meeresspiegels stehen, da Wasserdampf in der Atmosphäre die Signale abschwächt.

Moores Law eilt zur Rettung

Und dann ist da noch die Sache mit den Datenraten: Die damals üblichen Rekorder können gerade mal einige hundert Megabyte pro Sekunde aufzeichnen. Nötig wären 10- bis 100-mal so hohe Raten, schätzen die Forscher. Auch sind die meisten Millimeter-Observatorien nicht mit den notwendigen Atomuhren ausgestattet.

Die Entwicklung der nötigen Techniken und die Nachrüstungen der Teleskope wird Jahre in Anspruch nehmen. Letztlich kommt den Forschern die Computerrevolution zu Hilfe: Sie macht Digitalrekorder immer leistungsfähiger und preiswerter. Dennoch bleibt die Weiterentwicklung der Technik eine Sisyphusarbeit.

Mitte der 2000er Jahre tut sich hier unter anderem eine amerikanische Gruppe um Sheperd »Shep« Doeleman hervor, der damals am Massachusetts Institute for Technology (MIT) forscht. Mit großem Eifer arbeitet sich der Forscher an den technischen Problemen der Ein-Millimeter-VLBI ab. Er und sein Team bringen dadurch unter anderem die digitale Datenerfassung und die Breitbandtechnik deutlich voran.

Laden... © NRAO/AUI/NSF / View of the center of our galaxy / CC BY 3.0 CC BY (Ausschnitt) Galaktisches Zentrum | In der innersten Region unserer Milchstraße ist viel los: Aus etlichen Gegenden dringt Strahlung verschiedener Wellenlängen zur Erde, die hier unterschiedlich eingefärbt ist. Sagittarius A* ist nur ein winziger Punkt in dieser Aufnahme.

Ähnlich wie die Bonner MPI-Astronomen um Krichbaum und Zensus versuchen die Amerikaner immer wieder, einen Submillimeter-Blick auf Sagittarius A* zu werfen. 2006 koppelt Doelemans Gruppe dafür Teleskope in Arizona, Kalifornien und auf Hawaii und richtet sie auf das Zentrum der Milchstraße.

Der erste Versuch geht schief, doch im Jahr darauf gelingt die Beobachtung: Die drei Teleskope fangen 1,3-Millimeter-Strahlung auf – die Wellenlänge, bei der später auch das EHT arbeiten wird. Die Qualität der Aufnahme ist noch zu schlecht, um irgendetwas erkennen zu können. Aber aus Sicht vieler Astrophysiker ist damit die Generalprobe geglückt: »Von da an war uns klar, dass die Sache machbar ist«, erinnert sich Doeleman.

Ein persönliches Zerwürfnis

Heino Falcke, der mittlerweile an der niederländischen Universität Nimwegen arbeitet, ist in dieser Phase nur hin und wieder an den mühseligen Beobachtungen beteiligt. Als theoretischer Physiker schreibt er auch immer wieder Veröffentlichungen zu Sagittarius A*; ein guter Teil seiner Zeit gilt aber anderen Projekten.

In den Jahren nach seinem wegweisenden Fachaufsatz aus dem Jahr 2000 hat sich Falcke regelmäßig mit Shep Doeleman und anderen Forschern über den Weg zum Event Horizon Telescope ausgetauscht. Dabei sind Falcke und Doeleman jedoch immer wieder aneinandergeraten – ein Konflikt, der die Geschichte des EHT prägen wird.

Falcke will eine professionell organisierte Forscherkollaboration nach Vorbild des Genfer Kernforschungszentrums CERN aufziehen, mit einem klar definierten Projektplan und festgelegten Zuständigkeiten. Das sei die einzig sinnvolle Möglichkeit, eine große Forschergruppe mit einem sehr ambitionierten Ziel zu managen. Doeleman hingegen möchte die Sache eher so angehen, wie es bei Astronomen üblich ist: in kleinen, von einem Gruppenleiter gesteuerten Teams, die spontan auf auftretende Probleme reagieren können.

Doeleman hat früh beschlossen, seine Karriere dem Event Horizon Telescope zu widmen. So schildert es der amerikanische Wissenschaftsjournalist Seth Fletcher in seinem 2018 erschienenen Buch über das EHT. Dass Heino Falcke viel Zeit für andere wissenschaftliche Projekte aufbringt und sich aus dem Kampf mit der Technik heraushält, empfindet der Amerikaner als opportunistisch. »Ich und mein Team haben damals etwas riskiert – das ist nötig, wenn man so ein ambitioniertes Projekt zum Erfolg führen will«, sagt Doeleman rückblickend.