Wie man Schwarze Löcher “sehen” kann

Meine lieben,

ich höre förmlich den Aufschrei der zumindest bei denen umgeht, die meine lange Serie zu den schwarzen Löchern gelesen haben, wenn sie diese Überschrift lesen. Und dieser Aufschrei ist durchaus berechtigt. Nein!!!
man kann ein schwarzes Loch nicht sehen, weil es eben schwarz ist. Nicht mal die beiden Fotos zweier schwarzer Löcher, die ich im vorigen Artikel versuchte taktil zu beschreiben, zeigen die beiden Löcher direkt. Wer nochmal nachlesen möchte, was ein schwarzes Loch eigentlichist, sei an Folge 10 meiner Serie “Die Reise zu den schwarzen Löchern” erinnert. Ein Abschnitt stellt auch verschiedene Verfahren vor, wie sich diese Gravitationsmonster manchmal doch verraten und indirekt nachweisen lassen.

Auch das erste Foto wird dort schon erwähnt. Das aus unserer Milchstraße war noch nicht fertig.

Wir erinnern uns an den Begriff des Ereignishorizontes. Das ist der Bereich um ein schwarzes Loch herum, ab dessen Radius die Gravitation so stark wird, dass ihm nicht mal mehr das Licht entkommen kann.

Von außen betrachtet “sehen” wir also vorerst nur eine schwarze Kugel, die aber keine echte Kugel ist sondern nur eine Region im Raum um das schwarze Loch herum aus der keinerlei Licht mehr nach außen dringen kann. Und wir sehen die schwarze Kugel natürlich auch nicht, weil es da nichts zu sehen gibt. Wenn das schon alles wäre, könnten wir ein schwarzes Loch tatsächlich nicht sehen, geschweige denn ein Foto davon anfertigen.

Zum Glück gibt es hier ein großes Aber:
Schwarze Löcher, vor allem die gigantisch großen, die sich in den Zentren der Galaxien befinden, sind nicht einfach isoliert im All. Es gibt ja noch jede Menge anderes Material und gerade in den Zentren der Galaxien ist diese Materie besonders häufig und dicht. Da stehen die Sterne eng nebeneinander. Sie schleudern Gas und Staub hinaus ins All. Es gibt Gas- und Staubwolken zwischen den Sternen. All das bewegt sich um das schwarze Loch rundherum. Und kann auch ins schwarze Loch unwiederruflich hinein fallen. Was hinter den Ereignishorizont fällt, ist für immer verloren.
Bevor es das tut, spiralisiert es aber um das schwarze Loch herum.
Das ganze Material bildet eine große Scheibe um den Ereignishorizont und während es bei seiner Bewegung immer stärker beschleunigt wird, heizt es sich auch immer stärker auf, und beginnt zu leuchten!
Das Material um den Ereignishorizont herum ist also alles andere als unsichtbar! Es leuchtet hell, vor allem auch in den Bereichen des Lichts das für unsere Augen nicht sichtbar ist. Es gibt zum Beispiel Röntgenstrahlung oder Radiowellen ab.

Das schwarze Loch in unserer Galaxis verriet sich zunächst dadurch, dass man Sterne in seiner unmittelbaren Umgebung beobachtete. Sie umkreisen sehr schnell etwas unsichtbares, das eine Masse von etwa 4 Millionen Sonnen besitzen muss. Das Loch in M87 fand man aufgrund seiner Aktivität. Es leuchtet sehr hell und ist sehr aktiv. Man sah aber zunächst nicht mehr, als einen hellen verwaschenen Fleck. Die Auflösung der verfügbaren Teleskope war nicht hoch genug.
Es sollte eine Masse von etwa sechs Milliarden Sonnen in sich vereinigen.
Das Auflösungsvermögen sagt uns, wie nahe zwei Objekte nebeneinander stehen können so dass wir sie noch als zwei einzelne Objekte erkennen können. Wenn man zum Beispiel aus der Ferne auf einen Wald blickt, sieht man dort nur eine undefinierte grün-braune Masse. Benutzt man aber ein Fernglas, das ja ein deutlich besseres Auflösungsvermögen als unser Auge hat, dann erkennt man auf einmal einzelne Bäume. Genau so ist es auch bei den schwarzen Löchern. Wenn mir mit unseren bisherigen Teleskopen auf die Zentren der Galaxien schauten, konnten wir nur große, helle Flecken sehen. Irgendwo im Zentrum dieser hellen Flecken muss aber auch ein dunkler Fleck sein. Irgendwo dort muss der Ereignishorizont sein, die Region aus der kein Licht mehr zu uns kommen kann. Um DAS zu beobachten muss das Auflösungsvermögen groß genug sein. Was es aber lange Zeit nicht wahr.
Man mache sich klar:
Die Galaxie Messier 87 ist 54 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Der Ereignishorizont des schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie hat einen Durchmesser von 18 Milliarden Kilometern (das entspricht dem 120fachen Abstand zwischen Erde und Sonne). Das ist groß. Sehr groß. Drückten wir unsere Sonne zu einem schwarzen Loch zusammen, so hätte sie lediglich einen Durchmesser von sechs Kilometern.

Das schwarze Loch ist aber auch sehr, sehr weit weg. In der Astronomie benutzt man in solchen Fällen die Einheit des Bogenmaß um die Größe zu beschreiben. Man bestimmt also, unter welchem Winkel uns ein Objekt am Himmel erscheint. Ein Kreis um den gesamten Himmel herum hat dabei 360 Grad. Jedes Grad hat 60 Bogenminuten, jede Bogenminute 60 Bogensekunden. Der Vollmond zum Beispiel hat eine Größe von 30 Bogenminuten, überdeckt also ein halbes Grad des kompletten Kreises am Himmel. Oder anders gesagt: Man bräuchte 720 Vollmonde wenn man den Horizont einmal komplett rundherum füllen wollte.
Der Ereignishorizont des schwarzen Lochs von Messier 87 hat eine Größe von 40 Mikrobogensekunden. Das entspricht ungefähr der Größe einer Orange, die auf dem Mond liegt und die wir von der Erde aus beobachten wollen. Das ist nicht möglich, auch nicht mit den besten Teleskopen die wir haben. Wir müssen entweder näher ran. Das ist beim Mond noch einfach; da sind wir ja immerhin schon öfter mal hingeflogen. Aber bei einer Distanz von 54 Millionen Lichtjahren haben wir keine Chance uns auch nur irgendwie so weit zu nähern, dass sich an der scheinbaren Größe des schwarzen Lochs etwas ändern würde. Also müssen wir einen anderen Weg finden. Wir brauchen Teleskope mit einem besseren Auflösungsvermögen.
Das Event Horison ist ein solches Teleskop.
und genau damit war es möglich, die Bilder des schwarzen Loches im Zentrum von M87 und dem im Zentrum unserer Milchstraße einzufangen.
Wie dieses Instrument arbeitet und funktioniert, erfahrt ihr beim nächsten mal.
Weil die Löcher schwarz sind, haben wir auf beiden Fotos eigentlich wieder kein schwarzes Loch gesehen.
Wir haben das Licht gesehen, das vom Material in der Umgebung des schwarzen Lochs stammt. Aber sonst nichts. Und gerade das Nichts hätten wir gerne gesehen.

Die letzte Frage, die man sich hier noch stellen kann ist die, wieso man nicht zuerst Sagittarius A* in unserer Galaxis fotografiert hatte. Schließlich ist es deutlich näher als M87, dafür aber auch viel kleiner. Tatsächlich wurden beide Bilder ungefähr zeitgleich gemacht. So ähnlich sich die beiden Fotos auch sehen. Die beiden schwarzen Löcher sind so unterschiedlich, wie es sie nur sein können. Die Berechnung des Bildes von Sagittarius A* dauerte wegen der Pandemie und anderen Gründen einfach länger.

Aber auch diese aufregende Antwort heben wir uns für einen weiteren Artikel auf. Es bleibt spannend. Das kann ich euch versichern.

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