Es mag banal klingen zu sagen, dass das Universum voller Geheimnisse ist. Aber es ist wahr.
Die wichtigsten unter ihnen sind Dinge wie Dark Matter, Dark Energy und natürlich unsere alten Freunde, die Schwarzen Löcher. Schwarze Löcher mögen die interessantesten von allen sein, und die Bemühungen, sie zu verstehen und zu beobachten, dauern an.
Diese Bemühungen werden im April verstärkt, wenn die Event Horizon Teleskop (EHT) versucht, unser erstes Bild eines Schwarzen Lochs und seines Ereignishorizonts aufzunehmen. Das Ziel des EHT ist kein Geringerer als Sagittarius A, das Monster-Schwarze Loch, das im Zentrum unserer Milchstraße liegt. Obwohl das EHT 10 Tage damit verbringen wird, die Daten zu sammeln, wird das eigentliche Bild erst 2018 fertig verarbeitet und verfügbar sein.
Das EHT ist kein einzelnes Teleskop, sondern eine Reihe von Radioteleskopen auf der ganzen Welt, die alle miteinander verbunden sind. Das EHT umfasst Superstars der Astronomiewelt wie die Atacama Large Millimeter Array (ALMA) sowie weniger bekannte „Umfänge wie die“ Südpol-Teleskop (SPT.) Fortschritte in sehr lange Basislinien-Interferometrie (VLBI) haben es möglich gemacht, all diese Teleskope so miteinander zu verbinden, dass sie wie ein großes „Zielfernrohr von der Größe der Erde“ wirken.
Das ALMA-Array in Chile. Nachdem ALMA zum Event Horizon Telescope hinzugefügt wurde, erhöhte es die Leistung des EHT um den Faktor 10. Bild: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), O. Dessibourg
Die kombinierte Leistung all dieser Teleskope ist von entscheidender Bedeutung, denn obwohl das Ziel des EHT, Schütze A, die über 4 Millionenfache Masse unserer Sonne hat, ist es 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Es ist auch nur etwa 20 Millionen km breit. Riesig aber winzig.
Der EHT ist aus mehreren Gründen beeindruckend. Um zu funktionieren, wird jedes der Komponententeleskope mit einer Atomuhr kalibriert. Diese Uhren halten die Zeit mit einer Genauigkeit von etwa einer Billionstel Sekunde pro Sekunde. Der Aufwand erfordert ein Heer von Festplatten, die alle per Jet-Liner zum Heuhaufen-Observatorium am MIT zur Verarbeitung. Diese Verarbeitung erfordert ein sogenanntes a Rastercomputer , eine Art virtueller Supercomputer mit 800 CPUs.
Aber was werden wir sehen, wenn das EHT seine Sache erledigt hat? Was wir sehen könnten, wenn wir endlich dieses Bild bekommen, basiert auf der Arbeit von drei großen Namen der Physik: Einstein, Schwarzschild und Hawking.
Eine Simulation dessen, was uns das EHT zeigen könnte. Bild: Event Horizon Telescope Organization
Wenn sich Gas und Staub dem Schwarzen Loch nähern, beschleunigen sie. Sie beschleunigen nicht nur ein wenig, sie beschleunigen sehr, und das lässt sie Energie emittieren, was wir sehen können. Das wäre die Lichtsichel im obigen Bild. Der schwarze Klecks wäre ein Schatten, den das Loch selbst über das Licht wirft.
Einstein hat die Existenz von Schwarzen Löchern nicht genau vorhergesagt, aber seine Allgemeine Relativitätstheorie Tat. Es war das Werk eines seiner Zeitgenossen, Karl Schwarzschild , die tatsächlich festlegte, wie ein Schwarzes Loch funktionieren könnte. Schneller Vorlauf in die 1970er Jahre und die Arbeit von Stephen Hawking, der vorhersagte, was bekannt ist als Hawking-Strahlung .
Zusammengenommen geben uns die drei eine Vorstellung davon, was wir sehen könnten, wenn das EHT endlich seine Daten erfasst und verarbeitet.
Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagte voraus, dass supermassereiche Sterne die Raumzeit so weit verzerren würden, dass ihnen nicht einmal Licht entkommen könnte. Die Arbeit von Schwarzschild basierte auf Einsteins Gleichungen und zeigte, dass Schwarze Löcher Ereignishorizonte . Kein Licht, das aus dem Inneren des Ereignishorizonts emittiert wird, kann einen Beobachter von außen erreichen. Und Hawking-Strahlung ist die theoretisierte Schwarzkörperstrahlung, von der vorhergesagt wird, dass sie von Schwarzen Löchern freigesetzt wird.
Die Kraft der EHT wird uns dabei helfen, unser Verständnis von Schwarzen Löchern enorm zu klären. Wenn wir sehen, was wir zu sehen glauben, bestätigt dies Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, eine Theorie, die durch Beobachtungen immer wieder bestätigt wurde. Wenn EHT etwas anderes sieht, etwas, das wir überhaupt nicht erwartet haben, bedeutet dies, dass Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie falsch liegt. Nicht nur das, sondern es bedeutet auch, dass wir die Schwerkraft nicht wirklich verstehen.
In Physikkreisen heißt es, es sei nie schlau, gegen Einstein zu wetten. Er hat sich immer wieder als richtig erwiesen. Um herauszufinden, ob er wieder Recht hatte, müssen wir bis 2018 warten.
