Die Beobachtung mit dem Event Horizon Telescope verbessert unser Verständnis der Vorgänge im galaktischen Zentrum
Es sitzt tief im Herzen der Milchstraße, ist 27.000 Lichtjahre von der Erde entfernt und ähnelt einem Donut: So präsentiert sich das schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxis auf dem Bild, das Forschende mit dem Event Horizon Telescope (EHT) gewonnen haben. Dabei liefert das Team den Beweis, dass dieses Objekt wie vermutet zur Familie der kosmischen Schwerkraftfalle gehört. Die Radiodaten der im weltweiten EHT-Netz verbundenen Observatorien wurden an zwei Supercomputern am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und am Haystack Observatory im US-amerikanischen Massachusetts gewonnen. Beteiligt an der Beobachtung waren auch das Apex-Teleskop des Bonner Instituts sowie die 30-Meter-Antenne des Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM), das zur Max-Planck-Gesellschaft gehört.
Die aktuelle Beobachtung folgt auf die bereits im Jahr 2019 veröffentlichte erste Aufnahme eines schwarzen Lochs (M 87*) im Zentrum der Galaxie Messier 87, die in wesentlich größerer Entfernung zur Erde liegt. Die beiden Massemonster gleichen sich, obwohl das schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße mehr als tausendmal kleiner und viel leichter ist als M 87*. -Wir haben es mit zwei völlig unterschiedlichen Arten von Galaxien und zwei sehr unterschiedliche Massen von schwarzen Löchern zu tun, aber in der Nähe ihrer Ränder sehen sie sich verblüffend ähnlich-, sagt Sera Markoff, Ko-Vorsitzende des EHT-Wissenschaftsrats und für theoretische Astrophysik an der Universität von Amsterdam in den Niederlanden.
Dieses Mal war die Auswertung der Daten wesentlich schwieriger als bei der 55 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M 87, obwohl uns das Milchstraßenzentrum mit 27.000 Lichtjahren viel näher liegt. Zwar strudelt das Gas praktisch mit derselben Geschwindigkeit um die beiden schwarzen Löcher - fast so schnell wie das Licht. Doch während es Tage bis Wochen braucht, um das größere Objekt M 87* zu umkreisen, vollendet es bei dem viel kleineren Sagittarius A* seine Umlaufbahn in nur wenigen Minuten. -Daher änderten sich Helligkeit und Erscheinungsbild des Gases um Sagittarius A* während unserer Beobachtung sehr rasch-, sagt Chi-kwan Chan von der University of Arizona. -Das ist so, als würde man versuchen, ein scharfes Bild von einem Hund aufzunehmen, der unentwegt mit dem Schwanz wedelt.-
Die Forschenden mussten ausgeklügelte neue Methoden entwickeln, um die Gasbewegungen um das schwarze Loch Sagittarius A* erklären zu können, das rund vier Millionen Sonnenmassen -wiegt-. Dagegen war M 87* mit seinen sechseinhalb Milliarden Sonnenmassen ein einfacheres, stabileres Ziel gewesen. Zudem befinden wir uns mit der Erde in der galaktischen Ebene, was einen Streueffekt in den Radiomessungen verursacht. Zusätzlich erschwert heißes Gas mit geladenen Teilchen und Magnetfeldern in der Sichtlinie die Analyse.
So ist das Bild von Sagittarius A* ein Mittelwert von verschiedenen Bildern, die das Team aus den Daten extrahiert hat. Maßgeblich an der Kalibrierung beteiligt waren Maciek Wielgus sowie Michael Janßen, beide vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie. Für Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie und den Nachweis eines Ereignishorizonts trug ihr Institutskollege Gunther Witzel die Ergebnisse anderer Beobachtungen zusammen.
Der EHT-Kollaboration gehören weltweit mehr als 300 Forschende aus 80 Instituten an. In den vergangenen fünf Jahren hat das Team unter anderem komplexe Instrumente entwickelt und eine einzigartige Bibliothek von numerisch simulierten schwarzen Löchern zum Vergleich mit den Beobachtungen zusammengestellt. Diese dienen unter anderem dazu, die Theorien der Gravitation zu Überprüfen.
Nach den Worten von Michael Kramer, Direktor am Max-Planck-Institut und einem der Projektleiter des Black Hole Cam-Projekts, war das frühere Bild von M 87* dafür nur bedingt geeignet. -Bei Messier 87 hatten wir keine verlässlichen Vorkenntnisse über die Masse des schwarzen Lochs. Im aktuellen Fall ist das ganz anders. Dank vorhergehender Messungen wie denen von Reinhard Genzel kennen wir sowohl die Entfernung als auch die Masse von Sagittarius A* sehr genau, sodass wir die erwartete Schattengröße berechnen konnten, um sie mit den Beobachtungen zu vergleichen. Und sie passt sehr gut!-
Anhand der Bilder von nunmehr zwei schwarzen Löchern unterschiedlicher Größe können die Forschenden die beiden Objekte miteinander vergleichen und prüfen, wodurch sie sich unterscheiden. Zudem lassen sich mit den neuen Daten etwa Theorien und Modelle darüber testen, wie sich Schwerkraft und Materie in der extremen Umgebung von supermassereichen schwarzen Löchern verhalten. Dies ist noch nicht vollständig geklärt, spielt aber offenbar eine Schlüsselrolle bei der Entstehung und Entwicklung von Galaxien.
IRAM-Direktor Karl Schuster betont die langjährige gemeinsame Pionierarbeit zwischen dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie und seinem Institut im französischen Grenoble. Und: -Die Ergebnisse des Event Horizon Telescope sind eine ideale Ergänzung der Resultate, die von der Gruppe um Reinhard Genzel am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik im Infrarotbereich mit dem Instrument Gravity erzielt wurden.- Unterdessen gehen die Messungen mit dem Event Horizon Telescope weiter: An einer großen Kampagne im März 2022 waren elf Observatorien beteiligt. -Jetzt sind wir natürlich alle sehr gespannt, was die EHT-Beobachtungen in den Jahren 2021 und 2022 unter Mitwirkung unseres leistungsstarken Noema-Observatoriums ergeben werden-, sagt Schuster.
ER / HOR / NJ
Anton Zensus vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn spricht über Sagittarius A*, das erste Bild aus dem Herzen unserer Milchstraße und was wir daraus lernen können
