Licht im Dunkeln. Schwarze Löcher, das Universum und wir

Besprechung vom 21.11.2020

Weder Zeit noch Raum

Physikalische Grenzerfahrungen: Der Astronom Heino Falcke erzählt vom Weg zur ersten Aufnahme eines Schwarzen Lochs.

Von Ulf von Rauchhaupt

Zum zweiten Mal hintereinander sind in diesem Jahr Astronomen mit Nobelpreisen für Physik bedacht worden. Davor hatte Stockholm bereits 2017 eine Entdeckung in den Tiefen des Universums gewürdigt. Wenn man das etwas abgegriffene Etikett "goldenes Zeitalter" verwenden dürfte - die Himmelskunde wäre mit Sicherheit dabei. Tatsächlich ist sie, getrieben von der Digitalisierung und den Fortschritten der Halbleitertechnik, in letzter Zeit zu immer erstaunlicheren Formen aufgelaufen.

So bestanden die jüngst nobelisierten astronomischen Leistungen in allen drei Fällen in Beobachtungen von Phänomenen, bei denen einst auch Fachleute davon ausgegangen waren, dass sie sich messender Empirie auf immer entziehen: Gravitationswellen, Planeten um andere Sonnen und das staubverhüllte Zentrum der Milchstraße, wo, wie sich dann herausstellte, Sterne um etwas tanzen, das nur ein sogenanntes supermassives Schwarzes Loch sein kann: eine Zone, die innerhalb der Bahn des Merkur Platz hätte, in der sich aber vier Millionen Sonnenmassen drängen und dort die Raumzeit in einen Malstrom verwandeln, aus dem selbst Licht, das einmal dort hineingeraten ist, niemals wieder entkommt.

Im April 2019 verkündete nun eine internationale Kollaboration aus mehr als dreihundert Wissenschaftlern nach zweijähriger Datenanalyse eine erstaunliche Beobachtung am Firmament. Auch Heino Falcke hatte sie vor fünfundzwanzig Jahren für unmöglich gehalten. Dabei träumte der aus Köln stammende und heute im niederländischen Nijmegen lehrende Radioastronom bereits damals genau davon: ein Schwarzes Loch zu sehen. Also nicht nur irgendwie indirekt eines nachzuweisen, etwa anhand der hochenergetischen Strahlung, die Materie aussendet, wenn sie in die Umgebung eines solchen Ungetüms hineingestrudelt wird, sondern ein räumlich aufgelöstes Bild davon betrachten zu können. Wie man darauf kam, dass dies doch möglich sein könnte, vor welche technischen und organisatorischen Schwierigkeiten das Vorhaben, ein Schwarzes Loch abzulichten, die beteiligten Wissenschaftler stellte und wie es im Frühjahr 2017 schließlich gelang, daraus hat Falcke nun mit Unterstützung des Journalisten Jörg Römer ein wunderbares Buch gemacht.

Es befasst sich mit mindestens drei großen Themen, von denen eines schon öfter Gegenstand populär gehaltener Darstellungen war, nämlich die Schwarzen Löcher selbst. Über diese hatte schon der amerikanische Science-Fiction-Autor Isaac Asimov anno 1977 ein gar nicht schlechtes Sachbuch geschrieben. Es ist heute hoffnungslos veraltet, auch weil es sich vor allem mit sogenannten stellaren Schwarzen Löchern befasst, die beim Kollaps extrem massereicher Sterne entstehen. Dass es sie auch in sehr viel größeren, supermassiven Ausführungen geben könnte, war erstmals 1969 erwogen worden, um das Phänomen der Quasare zu erklären. Heute hat man allen Grund zu der Annahme, dass sich im Zentrum so ziemlich jeder Galaxie ein solches Monster verbirgt, insbesondere auch dem der Milchstraße. Als die vermutlich merkwürdigste real existierende Konsequenz der Gravitationstheorie Albert Einsteins kommen Schwarze Löcher prominent in den populären Büchern Stephen Hawkings vor, und vielleicht am besten erklärt werden sie bei Roger Penrose, einem der drei Nobelpreisträger dieses Jahres. Als beobachtender Astronom hat Falcke hier aber einen etwas anderen Blick. Er bettet die Erforschung der Schwarzen Löcher ein in den weiteren Kontext der modernen Astrophysik.

Dabei - und das ist das zweite Thema des Buches - wird vor allem die Radioastronomie vorgestellt. Kein Wunder, sie ist Heino Falckes eigenes Fach, und sie war es auch, der das erste Bild eines Schwarzen Lochs, genauer: seines "Schattens", schließlich gelang. Ihre allgemeinverständliche Würdigung wäre aber auch unabhängig davon verdienstvoll gewesen, denn obwohl es sich um die älteste astronomische Teildisziplin handelt, die Strahlung außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs untersucht, steht sie oft etwas abseits des breiteren öffentlichen Bewusstseins davon, was Astronomen so treiben. Dies mag auch damit zu tun haben, dass ihre Bilder lange nicht mit der Ästhetik bunter Nebel und funkelnder Galaxien konkurrieren konnten, wie sie die optische Astronomie und insbesondere das Weltraumteleskop Hubble zustande bringt. Dabei sind viele der schärfsten Aufnahmen gerade der entferntesten kosmischen Strukturen Radiobilder. Sie verdanken sich der Möglichkeit, mehrere Radioteleskope zu einem Empfänger sehr viel höheren Auflösungsvermögens zusammenzuschalten. Im Extremfall stehen die beteiligten Instrumente auf verschiedenen Kontinenten und liefern Bilder, so scharf wie die einer Antennenschüssel von der Größe der Erde. Genau dieser Technik verdankt sich auch das erste Bild des Schattens eines Schwarzen Lochs.

Dass es sich um den Schatten handelt und nicht um das Loch selbst, also seinen sogenannten Ereignishorizont als die Grenze, jenseits der noch nicht einmal Licht wieder entweichen kann, spielt in der Geschichte, die Falcke zu erzählen hat, eine besondere Rolle. Das Problem ist nicht die Schwärze des Lochs. Der Ereignishorizont ist, zumal im Zentrum einer Galaxie, immer von genug strahlenden Materieschwaden umgeben, um sich davor abzuheben. Doch ist selbst der Horizont des uns nächsten supermassiven Schwarzen Lochs, das im Zentrum unserer Milchstraße, ist knapp zu klein, um es mit einer Antennenschüssel von der Größe der Erde auflösen zu können. Der "Schatten" aber, gewissermaßen das von seinem eigenen Gravitationsfeld vergrößerte Bild des Ereignishorizonts, ist gerade groß genug. Das war die entscheidende Erkenntnis - die Falcke seinen Lesern sicher noch besser hätte erklären können, wäre es ihm möglich gewesen, seinem Text auch Grafiken beizufügen. Deren Fehlen ist die einzige ernsthafte Schwäche des Buches.

Sowohl das supermassive Loch im Nabel der Milchstraße als auch das tausendmal weiter entfernte, aber dafür auch tausendmal größere im Zentrum der gigantischen Galaxie M87 im Sternbild der Jungfrau werfen einen Schatten, der sich mit aktueller Technik noch gerade so sichtbar machen lässt. Doch mit dieser Einsicht allein war es nicht getan. Vielmehr musste nun eine weltumspannende Forscherkollaboration gegründet und gemanagt werden, woran Falcke selbst nicht unmaßgeblich beteiligt war. Ihr Instrument, das "Event Horizon Telescope" (EHT) besteht aus acht bis zehn der modernsten Radioteleskope auf vier Kontinenten sowie auf Hawaii, die es zu koordinieren und deren Daten es anschließend zusammenzuführen galt. In den fünf Tagen der entscheidenden Beobachtungskampagne im April 2017 generierte jedes der acht auf M87 gerichteten EHT-Teleskope etwa 450 Terabyte an Daten - viel mehr, als sich über das Internet verschicken lässt. Daher mussten Festplatten im Handgepäck von jeder einzelnen Antenne zu den Rechenzentren in Boston und Bonn gebracht werden. Organisation und Ablauf dieses an die Dimensionen der Teilchenphysik gemahnenden und für die normalerweise in kleinen Teams arbeitenden Astronomen stark gewöhnungsbedürftigen Unterfangens sind das dritte große Thema des Buches.

Aber es gibt noch ein viertes. In ihm führt Falcke seine Leser am Ende, nun mit dem glücklich errungenen Bild des supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M87 vor Augen, zurück zu der Ungeheuerlichkeit dessen, was hier sinnfällig geworden ist. Denn in gewisser Weise begegnet uns in einem Schwarzen Loch bereits innerhalb der Domäne der Naturwissenschaft etwas ganz Reales, zu dem sich dennoch nicht weiter vordringen lässt, kurz: ein Jenseits. Falcke findet viele bedenkenswerte, auch theologisch informierte und immer allgemeinverständliche Worte darüber, was das für unser Weltverständnis bedeuten kann. Zwar ist der Ereignishorizont eines Schwarzen Loches nicht die einzige Gelegenheit, bei der die moderne Physik ihrer eigenen Grenzen gewahr wird. Es gibt schließlich auch einen Horizont, der uns von Bezirken des Universums trennt, deren Existenz so sicher ist wie ihre absolute Unzugänglichkeit - und andere wissenschaftsphilosophische Nahtoderfahrungen hält die Quantenphysik bereit. Aber mit ihren weder subatomaren noch kosmologischen Abmessungen begegnet uns in den Schwarzen Löchern das physikalische Jenseits in einer für die menschliche Vorstellungskraft fassbaren Dimension. Daher ist eigentlich schon ihre theoretische Möglichkeit etwas Erschütterndes. Jetzt aber haben wir eines gesehen.

Heino Falcke mit Jörg Römer: "Licht im Dunkeln". Schwarze Löcher, das Universum und wir.

Klett-Cotta Verlag, Stuttgart 2020. 384 S., geb.