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Das internationale \u201eEvent Horizon Teleskop\u201c-Konsortium, das zurzeit erstmalig versucht, das vermutete Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstra\u00dfe zu vermessen, hat einen Schwerpunkt in Deutschland, und die Arbeitsgruppe von Prof. Luciano Rezzolla am Institut f\u00fcr Theoretische Physik der Goethe-Universit\u00e4t ist ma\u00dfgeblich daran beteiligt.<\/p>\n
Einen Gro\u00dfteil des erforderlichen Netzes aus Radioteleskopen geh\u00f6rt zur \u201eBlackHoleCam\u201c, ein 2013 von einem deutsch-niederl\u00e4ndischen Team eingeworbenen Experiment, unter Mitwirkung des Rezzolla-Teams. Die \u201eBlackHoleCam\u201c wird vom Europ\u00e4ischen Forschungsrat im Rahmen eines \u201eERC Synergy Grant\u201c mit 14 Millionen Euro gef\u00f6rdert.<\/p>\n
Durch den starken Sog der Schwerkraft kann selbst Licht einem Schwarzen Loch nicht entkommen, weshalb seine Oberfl\u00e4che, der sogenannte Ereignishorizont (engl. \u201eEvent Horizon\u201c), nicht direkt beobachtet werden kann. Die Grenze zwischen den Licht-Teilchen, die sich dem Sog entziehen k\u00f6nnen, und denen, die vom Schwarzen Loch gefangen werden, wird als \u201eSchatten\u201c des Schwarzen Lochs bezeichnet, da diese Grenze wie ein Schatten gegen\u00fcber dem hell erleuchteten Hintergrund erscheint.<\/p>\n
Diesen Schatten wollen die Forscher zurzeit mit einer Serie von Beobachtungen von Sagittarius A*, wie das potenzielle Schwarzen Lochs in unserer Milchstra\u00dfe bezeichnet wird, detektieren. W\u00e4hrend der Beobachtung analysieren die Wissenschaftler Radiostrahlung, die von Sagittarius A* ausgestrahlt wird. Sagittarius A* ist ein Koloss mit der Masse von 4.5 Millionen Sonnenmassen und sein Schatten ist ungef\u00e4hr so breit wie die halbe Strecke zwischen der Sonne und der Erde (75 Millionen Kilometer).<\/p>\n
Die gro\u00dfe Entfernung zwischen der Erde und Sagittarius A* von etwa 26.000 Lichtjahren f\u00fchrt zu einer sehr geringen Winkelausdehnung, weshalb der Schatten trotz der enormen Masse, als klein erscheint. Ihn auszumessen ist etwa so, als wolle man einen Apfel auf der Mondoberfl\u00e4che beobachten. Um den Schatten des Schwarzen Loches messen zu k\u00f6nnen, werden Radioteleskope rund um den Globus zu einem virtuellen Teleskop mit dem Durchmesser der Erde zusammengeschaltet. Diese Art der koordinierten Beobachtung wird als Interferometrie mit langen Basislinien (\u201eVery Long Baseline Interferometry\u201c, VLBI) bezeichnet.<\/p>\n
Die Forschung von BlackHoleCam unter der Leitung von Prof. Luciano Rezzolla (Goethe-Universit\u00e4t), Prof. Michael Kramer (Max Planck Institut f\u00fcr Radioastronomie, Bonn) und Prof. Heino Falcke (Radboud-Universit\u00e4t Nimwegen, Niederlande) leistet einen wichtigen Beitrag zum EHT-Experiment. An den aktuellen Messungen beteiligt sich ein Netzwerk von Teleskopen aus Europa, den USA, Mittel- und S\u00fcdamerika und das S\u00fcdpolteleskop, die simultan Sagittarius A* beobachten.<\/p>\n
W\u00e4hrend der Beobachtungen zeichnen die einzelnen Teleskope des Netzwerks die Messungen auf Festplatten auf und im Anschluss werden die Festplatten aller Teleskope zu einem der Auswertungszentren in den USA und in Bonn geschickt. Dort werden die einzelnen Daten an einem Gro\u00dfrechner (Korrelator) zu einer einzigen Messung numerisch zusammengesetzt und durch die Anwendung moderner Bildverarbeitungssoftware kann der Schatten des Schwarzen Loches aus der Messung rekonstruiert werden.<\/p>\n
Die Abbildung des Schattens ist der Ausgangspunkt f\u00fcr die theoretische Forschung der Arbeitsgruppe von Prof. Rezzolla. Neben der theoretischen Vorhersage welche Art von Beobachtung zu erwarten ist, arbeitet die Gruppe in Frankfurt auch daran, zu ermitteln, ob die Allgemein Relativit\u00e4tstheorie Einsteins die Wahre ist. Neben der allgemeinen Relativit\u00e4tstheorie Einsteins existieren n\u00e4mlich weitere Gravitationstheorien; die aktuellen Beobachtungen k\u00f6nnen helfen, die Richtige herauszufinden. Hierf\u00fcr analysieren die Forscher die Ausdehnung und die Geometrie des Schattens und vergleichen diese mit den am Gro\u00dfrechner erzeugten synthetischen Bildern, die das Ansaugen von Masse eines Schwarzen Loches simulieren.<\/p>\n
Die synthetischen Bilder erzeugen die Astrophysiker, indem sie die Gleichungen der relativistischen Magnetohydrodynamik l\u00f6sen und die Bahnen berechnen, auf denen sich die Photonen um das Schwarze Loch bewegen. Hierzu benutzen die Forscher spezielle Computercodes, die in der Gruppe von Prof. Rezzolla entwickelt werden. So entstehen realistische Abbildungen vom Schatten des Schwarzen Lochs auf der Basis unterschiedlicher Gravitationstheorien, die mit den Beobachtungen verglichen werden k\u00f6nnen. Auf diese Weise tragen sie dazu bei, das komplizierte Puzzle der Gravitation zu l\u00f6sen. Dazu Prof. Rezzolla: \u201eDie derzeitigen Messungen stellen einen entscheiden Schritt in den internationalen Bem\u00fchungen zur Erforschung des dunklen und kompakten Objekts im Zentrum unserer Galaxie dar. Jedoch ist dies nur ein erster Schritt, und es ist sehr wahrscheinlich, dass diesem weitere Beobachtungen mit verbesserter Genauigkeit folgen m\u00fcssen um diese grundlegende Fragestellung zu kl\u00e4ren.\u201c<\/p>\n