Das Geheimnis der Schwarzen Löcher

Zum ersten Mal haben Astrophysiker der Goethe-Universität Frankfurt, des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn und der Universität Nijmegen im Rahmen des vom Europäischen Forschungsrat geförderten Projekts „BlackHoleCam“ realistische „Schattenbilder“ von Sagittarius A* (Sgr A*) erstellt, dem Kandidaten für ein supermassereiches Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße. Sie wollen damit nicht nur prüfen, ob Schwarze Löcher existieren, sondern auch, ob sich Schwarzen Löcher unterscheiden lassen, die im Rahmen verschiedener Schwerkraft-Theorien auftreten.

Materie, die an den Rand eines Schwarzen Lochs gerät, wird endgültig verschluckt und ist nicht mehr nachweisbar. Doch einige der Lichtteilchen (Photonen), welche die Materie als letzte Signale aussendet, können entkommen und von fernen Beobachtern registriert werden. Die Größe und Form des dadurch erzeugten Schattens hängt dabei von den Eigenschaften des Schwarzen Lochs ab.

Super-Computer benötigt mehrere Monate Rechenzeit

Da Einsteins Relativitätstheorie und alternative Gravitationstheorien unterschiedliche Vorhersagen über die Eigenschaften des Schattens treffen, sind diese Beobachtungen ein vielversprechender Ansatz, die Auswirkung der Gravitation unter den extremsten Bedingungen zu testen. Solche Bilder vom Schatten eines Schwarzen Lochs zu erzeugen, ist das oberste Ziel der internationalen „Event Horizon Telescope“-Kollaboration (EHTC), die Radiodaten von Teleskopen aus der ganzen Welt kombiniert und so ein Riesenteleskop von nahezu Erddurchmesser simuliert.

Wissenschaftler aus Frankfurt und ihre Kollegen sind nun einen Schritt weiter gegangen und haben untersucht, ob es möglich ist, zwischen verschiedenen Typen von Schwarzen Löchern zu unterscheiden. Die Forscher untersuchten, was passiert, wenn Materie auf diese sehr unterschiedlichen Arten von Schwarzen Löchern fällt. „Diese kostspieligen Simulationen benötigten hochmoderne Rechencodes und beanspruchten mehrere Monate Rechenzeit auf dem LOEWE-CSC-Supercomputer unseres Instituts“, sagt Dr. Yosuke Mizuno vom Institut für Theoretische Physik am Campus Riedberg.

Die Wissenschaftler fanden zu ihrem Erstaunen heraus, dass selbst Schwarze Löcher, die sich in ihren Eigenschaften stark von klassischen Schwarzen Löchern im Einstein’schen Sinne unterscheiden, sich in den simulierten Bildern kaum noch voneinander unterscheiden lassen. „Vermutlich brauchen wir neue Datenanalysemethoden“, sagt Luciano Rezzolla, Professor der Goethe-Universität und Leiter des Frankfurter Teams. „Wir müssen offen dafür sein, dass zu Einstein das letzte Wort noch nicht gesprochen ist. Glücklicherweise werden zukünftige Beobachtungen und fortgeschrittene Technologien diese Zweifel ausräumen können“, ist seine Schlussfolgerung.

So wird Einsteins Relativitätstheorie getestet

Dies Ergebnisse fordern die Wissenschaft heraus, die Techniken noch weiter zu entwickeln und schärfere Bilder zu erzeugen. BlackHoleCam ist ein Projekt, um astrophysikalische Schwarze Löcher vermessen und verstehen zu können. Die Projektleiter der verschiedenen Universitäten und Institute testen die grundlegenden Vorhersagen von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie.

Informationen und Grafik: Pressestelle Goethe-Universität