Ziemlich genau ein Jahr nachdem das erste direkte Bild eines Schwarzen Lochs um die Welt ging, legen die Forscher von der internationalen Event-Horizon-Kollaboration nach: Am Dienstag veröffentlichten sie eine zweite Aufnahme, die auf Daten der gleichen Messrunde beruht. Sie zeigt ein Objekt namens 3C279. Es ist rund hundertmal weiter entfernt als die Galaxie M87, in der das erste Schwarze Loch fotografiert wurde - aber auch um ein Vielfaches heller. Es handelt sich dabei um einen Quasar: Eine Galaxie, in deren Zentrum sich ein Schwarzes Loch mit etwa einer Milliarde Sonnenmassen befindet. Und das, während es sich eifrig Materie einverleibt, enorm starke Radiostrahlung aussendet.
Erstmals haben die Forscher nun sichtbar gemacht, wie in der Nähe des Schwarzen Loches der sogenannte Jet entsteht, ein Strom heißer Materie, den das Objekt weit hinaus ins All schleudert. Und sie konnten beobachten, wie er sich krümmt und verändert: Innerhalb weniger Tage waren deutliche Unterschiede zu erkennen, was auf verblüffende Geschwindigkeiten schließen lässt.
Dass es Jets gibt, war bekannt - doch nie kamen Forscher ihrer Entstehung so nahe
Zwar lässt ein Schwarzes Loch nichts entkommen, was einmal seinen "Ereignishorizont" überschritten hat; keine Materie, kein sichtbares Licht und auch keine Radiowellen, die das Event-Horizon-Teleskop (EHT) auffangen könnte. Aber dennoch können diese Objekte so hell strahlen, dass man sie wie 3C279 noch aus rund fünf Milliarden Lichtjahren Entfernung beobachten kann.
Astronomen präsentieren das erste Bild eines Schwarzen Loches. Die Aufnahme ist ein historischer Erfolg - sie erlaubt einen Blick in Abgründe der Gravitation.
Die Strahlung, die Quasare freigeben, entsteht während ihrer üppigen Mahlzeiten: Bevor Materie ins Zentrum des Schwarzen Lochs stürzt, sammelt sie sich in einer schnell rotierenden sogenannten Akkretionsscheibe rund um das Zentrum. Dort heizt sie sich auf und beginnt zu strahlen. Hinzu kommen quasi die Krümel der Mahlzeit: Ein kleiner Teil der Materie in der Akkretionsscheibe wird nicht verschlungen, sondern senkrecht zur Scheibe ins All hinausgeschleudert; das ist der Jet.
Dass es solche Jets gibt, war lange bekannt; es gibt auch Aufnahmen, die zeigen, wie Materie weit aus dem Kern einer Galaxie herausbricht. Aber nie zuvor sind Forscher dem Entstehungspunkt eines solchen Jets so nahe gekommen - das Bild erlaubt einen Blick mitten hinein ins Zentrum der Galaxie, nah an der Akkretionsscheibe des Schwarzen Loches, am Rand des tiefsten denkbaren Abgrunds.
Die Materie bewegt sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit
Und die Ergebnisse zeigen, wie wertvoll so ein Blick sein kann. Zum einen sind die Forscher verblüfft, dass der Jet offenbar nicht gradlinig verläuft, sondern eine Struktur quer zu seiner Flugbahn zeigt, als böge er um die Ecke. "Wir wissen noch nicht, warum der Jet sich an seinem Fußpunkt so stark krümmt", sagt Thomas Krichbaum vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, der an der Messung beteiligt war. "Vielleicht wird das Jetplasma aufgrund der Magnetfelder auf gekrümmte Bahnen gezwungen. Es könnte aber auch ein Schockwellen-Phänomen sein."
Aus den Unterschieden zwischen den Aufnahmen, die sich über zwei Wochen verteilten, ergibt sich, dass sich die abgebildete Materie scheinbar mit fast zwanzigfacher Lichtgeschwindigkeit bewegt. Die tatsächliche Geschwindigkeit dürfte zwar gemäß der Relativitätstheorie geringer sein als die Lichtgeschwindigkeit. Es wirkt nur so schnell, weil sich der Quasar auf die Erde zubewegt und seinem eigenen Licht hinterher eilt. Aber auch wenn man diese Korrektur mit einberechnet, bleibt das hohe Tempo schwer zu erklären. "Der Mechanismus, der den Jet antreibt, muss sehr effizient sein", sagt Krichbaum.
Mit dem virtuellen Riesenteleskop EHT ließe sich sogar eine Apfelsine auf dem Mond erkennen
Die Auflösung der neuen Aufnahme ist auf den ersten Blick nicht mehr ganz so eindrucksvoll wie beim ersten Bild; statt dem Schatten des Schwarzen Lochs und seiner Akkretionsscheibe sind nur Teile des Jets als helle Flecken zu sehen. Das liegt aber nur daran, dass der Quasar so viel weiter entfernt ist als das erste jemals direkt abgebildete Schwarze Loch. Tatsächlich bleibt die Auflösung enorm, und sie kann nur erreicht werden, weil sich für das EHT acht Radioteleskope auf der ganzen Welt zu einem virtuellen Riesen-Teleskop zusammengeschlossen haben. Der vor einem Jahr häufig bemühte Vergleich gilt noch immer: Mit dem EHT könnte man eine Apfelsine auf dem Mond erkennen.
Die Daten für alle bislang veröffentlichten Bilder stammen aus der ersten Beobachtungsrunde im Jahr 2017. Das nun veröffentlichte Bild von 3C279 war ein Nebenprodukt, weil die Messdaten schon zur Kalibrierung der ersten Aufnahme verwendet wurden. Das nächste größere Etappenziel der Forscher ist ein Bild des Schwarzen Lochs im Herzen der Milchstraße. Allerdings flackert es so stark, dass sich die Auswertung bislang als schwierig erweist. Die für dieses Frühjahr geplante Beobachtungskampagne musste wegen der Corona-Pandemie abgesagt werden. Doch die EHT-Forscher fangen gerade erst an, die Daten von 2018 auszuwerten. Vorerst haben sie also genug zu tun, bis es 2021 weitergehen soll, dann mit einem auf elf Teleskope erweiterten Netzwerk.
