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Wissenschaft: Kein Foto von einem schwarzen Loch

Das Bild des schwarzen Lochs von M87 ging um die Welt. Aber es ist kein Foto. Niemand kann wissen, wie das Objekt wirklich aussieht. Denn acht über die Erde verteilte Radioteleskope machen die Erde nicht zu einem großen Radioteleskop.

Artikel von veröffentlicht am
Es gibt mehr als nur ein mögliches Bild vom schwarzen Loch.
Es gibt mehr als nur ein mögliches Bild vom schwarzen Loch. (Bild: IOP Science)

In der vergangenen Woche wurde ein vom Event Horizon Telescope (EHT) aufgenommenes Bild des schwarzen Lochs der Galaxie M87 veröffentlicht. Es handelt sich um das - relativ gesehen - kleinste Objekt in so großer Entfernung, von dem wir ein aufgelöstes Bild haben. Aber dieses Bild ist kein Foto. Tatsächlich ist das präsentierte Bild vom schwarzen Loch nur eines von unendlich vielen möglichen Bildern, die alle mit den gemessenen Daten vereinbar wären. Einige davon finden sich in den wissenschaftlichen Veröffentlichungen. Wie genau das Objekt nun wirklich aussieht, weiß niemand.

Inhalt:
  1. Wissenschaft: Kein Foto von einem schwarzen Loch
  2. Ein schwerhöriges Radioteleskop
  3. Vier Teams haben Bilder gemacht

Das Problem ist, dass ein echtes Abbild wie in einem Foto ein Radioteleskop von der Größe der Erde erfordert hätte. Aber acht über die Erde verteilte Radioteleskope machen die Erde noch längst nicht zu einem großen Radioteleskop. Immerhin erlaubte es die Auswertung der gleichzeitigen Beobachtungen in Amerika, Hawaii, Spanien und der Antarktis den Wissenschaftlern, sich ein Bild davon zu machen, wie das schwarze Loch aussehen könnte. Den Prozess dorthin hat Katherine Bouman in ihrer Doktorarbeit von 2017 beschrieben.

Die grundlegende Idee ist, Daten von jeweils zwei Teleskopen zu überlagern, auch wenn in der Praxis drei Teleskope benutzt werden, um Störungen durch die Atmosphäre auszugleichen. Mit zwei Teleskopen wird ein Signal vom Himmel an einem Teleskop gemessen und die Zeitdifferenz bestimmt, bis das gleiche Signal auch beim zweiten Teleskop ankommt. Aus dieser Zeit und der Entfernung zwischen den Teleskopen lässt sich sehr genau der Ort am Himmel berechnen, von dem die Mikrowellen kamen.

Kleine Objekte brauchen kurze Wellen und große Abstände

Die Genauigkeit dieser Ortsmessung ist aber begrenzt durch die Wellenlänge der Mikrowellen. Größere Abstände erlauben genauere Messungen, weil schlicht mehr Wellenlängen für die Messung zur Verfügung stehen. Umgekehrt erlauben Messungen mit kürzeren Wellenlängen eine höhere Genauigkeit beim gleichen Abstand. Solange die Entfernung zwischen zwei Teleskopen nicht zu groß ist, können die elektrischen Signale noch per Kabel übertragen und vor der Messung direkt überlagert werden. Aber dadurch werden der Genauigkeit enge Grenzen gesetzt.

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Um eine Messgenauigkeit von einer Bogensekunde zu erreichen, müssen zwei Teleskope 200.000 Wellenlängen voneinander entfernt sein. Bei der Wellenlänge von 1,3 mm, die das EHT benutzt, sind das schon 260 Meter. Um die gleiche Auflösung mit sichtbarem Licht zu erreichen, genügt ein Amateurteleskop mit etwa 12 Zentimetern Durchmesser. Aber das schwarze Loch von M87 liegt hinter Staubwolken, die kein sichtbares Licht mehr durchlassen. Radioteleskope sind die einzige Wahl.

Die Erde ist kaum groß genug

Das schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße oder das viel größere in der Galaxie M87 haben am Himmel aber eine Ausdehnung von nur etwa 40 Mikrobogensekunden. Um wenigstens 25 Mikrobogensekunden aufzulösen und mit dieser Wellenlänge mehr als nur einen Fleck am Himmel nachzuweisen, ist ein Abstand von etwa 10.400 Kilometern notwendig. Das ist fast so viel wie der Erddurchmesser.

Kein Kabel wäre in der Lage, elektrische Signale auf diese Distanz störungsfrei zu übertragen. Stattdessen werden die Messungen parallel durchgeführt und auf Festplatten aufgezeichnet. Dabei werden Zeitmarken mit Hilfe genauer Atomuhren gesetzt, die mit den Atomuhren der GPS-Satelliten abgeglichen werden. Die Überlagerung der Messsignale erfolgt dann nicht elektrisch, sondern digital im Computer. Wirklich kompliziert wird die Sache aber, weil die Mikrowellen nicht nur von einem Punkt kommen.

Ein schwerhöriges Radioteleskop 
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ConstantinPrime 25. Apr 2019 / Themenstart

"We have taken the first picture of a black hole," Googleübersetzer ... Loading...

DY 25. Apr 2019 / Themenstart

komplette Verhöhnung, dieses Bild.

Arrakai 23. Apr 2019 / Themenstart

Nein, hier wurde nicht einfach geraten. Die Methode wurde ja im Artikel recht gut...

Localhorst86 23. Apr 2019 / Themenstart

Aber das hängt ja damit zusammen dass dann rauskommen würde dass die Erde gar nicht rund...

Arrakai 23. Apr 2019 / Themenstart

Und was soll das Objekt dann Ihrer Meinung nach sein? Die Singularität? Ich weiß jetzt...

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