Dieser Artikel ist Teil von ZEIT am Wochenende Nr. 20/2022. Die aktuelle Ausgabe lesen Sie hier.

Es ist ein aberwitziger Ort, Eldorado und Höllenpforte zugleich. Er könnte Physikern ihre größten Fragen über das Universum beantworten. Gleichzeitig ruft er Menschen in Erinnerung, wie zerstörerisch das Weltall sein kann, wie gut sie es trotz allem auf ihrer blauen Felskugel haben. Und für Astronominnen ist er auch eine Art Endgegner: Seit einem halben Jahrhundert versuchen sie, die Region mit Teleskopen zu beobachten – und verstehen noch immer nicht genau, was dort eigentlich vor sich geht.

Die Rede ist vom Zentrum unserer Galaxie, Fachleute nennen es Sagittarius A*, nach dem lateinischen Namen für das Sternbild Schütze, in dem die Region am Nachthimmel steht. Dort oben, hinter einem winzigen Fitzel des Firmaments, verbirgt sich ein Schwarzes Loch, so schwer wie viereinhalb Millionen Sonnen. Es ist der Punkt, um den die Sterne unserer Galaxis kreisen, Anker der kosmischen Insel, auf der wir alle durchs All treiben. Und nun gibt es endlich Bilder davon.

Eine Gruppe aus 350 Forscherinnen und Forschern hat sie an diesem Donnerstag auf gleich sieben Pressekonferenzen präsentiert. Die Aufnahmen zeigen einen leuchtenden Ring mit zwei hellen Punkten, in der Mitte ein kreisrunder Schatten. Es ist das Ergebnis von 20 Jahren Arbeit, eines Zusammenschlusses von acht um den Globus verteilten Observatorien. Setzt man ihre Bilder mit Supercomputern zusammen, entsteht gewissermaßen ein Teleskop von der Größe der Erde, von den Forschenden "Event Horizon Telescope" (EHT) getauft. Und dank ihm gibt es nun ein "epochales Ergebnis", wie die Forschenden bereits im Vorfeld angekündigt hatten.

Ja, es ist das zweite Bild, aber das macht nichts

Das Projekt beweist, wozu die Menschheit imstande ist, wenn sie sich zusammentut. Das wurde schon vor drei Jahren deutlich: Da zeigte die internationale Gruppe erstmals ein Bild eines mutmaßlichen Schwarzen Lochs. Damals ging es allerdings um das Exemplar im Zentrum einer anderen Galaxie, M87 genannt. Sie ist rund 55 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt, den genauen Abstand und die Masse des Monsters kann man aber nur grob schätzen. Daher bleiben bis heute Zweifel, ob der ikonische Ring wirklich ein Schwarzes Loch zeigt – oder am Ende nur etwas, das so ähnlich aussieht.

Acht Observatorien haben sich 2017 zum Event Horizon Telescope zusammengefunden. Fügt man ihre Daten geschickt zusammen, erhält man ein "virtuelles" Teleskop von der Größe der Erde. © Google | Data SIO, NOAA, U.S. Navy, NGA, GEBCO | Landsat/​Copernicus | IBCAO | U.S. Geological Survey | PGC/​NASA (Beschriftung ZEIT ONLINE)

Im Mittelpunkt unserer Galaxie müsste sich die Frage ein für alle Mal beantworten lassen, sagen Experten. Ein Lichtstrahl braucht dorthin nur 27.000 Jahre. Damit ist die Region noch immer unvorstellbar weit weg. Aber in den Weiten des Alls gehört sie fast noch zu unserer erweiterten Nachbarschaft. Entsprechend haben Aufnahmen von dort nicht nur eine große symbolische Bedeutung, sie versprechen potenziell auch reichere Beute. Und nicht zuletzt erfüllen sie Himmelsforscher mit Genugtuung: Endlich lüftet sich der Schleier zwischen uns und der Herzkammer unserer Galaxie.

Die Milchstraße macht es Menschen seit eh und je schwer, dorthin zu schauen. Dichte Staubwolken umhüllen das Innerste der Milchstraße, ein Blick mit normalen Teleskopen wie Hubble ist daher wenig ergiebig. Natürlich haben Forschende es trotzdem immer wieder versucht, haben Blicke auf verwirbelte Gaswolken, riesige Magnetfeldbögen und die Überreste heftiger Supernovaexplosionen erhascht. Das galaktische Zentrum gilt seitdem als eine der turbulentesten und exotischsten Regionen des Weltalls – eine Art kosmisches Versuchslabor, in dem die Menschheit lernen kann, wie das Universum funktioniert.

Schwarzes Loch - Zoom ins Herz der Milchstraße Von der Erde aus sind es 27.000 Lichtjahre bis zum Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxie. Dieses Video nimmt Sie mit auf die Reise. © Foto: ESO/​Gravity Consortium/​L. Calçada/​N. Risinger

Schwarze Löcher und ihre Haare, eine Zumutung

Doch ausgerechnet das exotischste aller Objekte dort, das supermassereiche Schwarze Loch Sagittarius A*, blieb bisher im Dunkeln. Und damit die großen Fragen, die die Löcher in der Raumzeit aufwerfen. Klar ist bisher nur so viel: Schwarze Löcher entstehen, wenn sehr viel Masse auf einen Haufen fällt. Denn dann zieht sich der Klumpen unter seiner eigenen Schwerkraft immer weiter zusammen. So weit, dass alle Materie unendlich dicht zusammengequetscht wird, Physiker sprechen von einer "Singularität".

Das sagt jedenfalls Albert Einsteins Relativitätstheorie – und überfordert damit eigentlich alle, die darüber nachdenken. Einsteins Theorie beschreibt Schwarze Löcher geradezu als Inbegriff der Langeweile: Alles, was in sie hineinfällt, egal ob Stern, Gaswolke oder Raumschiff, wird zu Matsch. Hinterher lässt sich nicht mehr sagen, was die Materie früher einmal war. Alles, worin sich Schwarze Löcher voneinander unterscheiden, sind ihre Masse, ihr Drehsinn und ihre elektrische Ladung. 

Das APEX-Teleskop in Chile wird unter anderem vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) und der Europäischen Südsternwarte ESO betrieben. © ESO

Schwarze Löcher hätten eben "keine Haare", witzeln Physiker. Ob das wirklich so ist, weiß allerdings niemand. Einsteins Gleichungen ergeben jedenfalls keinen Sinn mehr, wenn man damit die Singularität beschreiben will. Und nachschauen, wie es dort genau aussieht, kann niemand. Die Gegend um die Singularität ist wie abgekapselt von unserem Universum. Nichts kann von dort entkommen, nicht einmal Lichtstrahlen. Und als wäre das noch nicht verrückt genug, kommt innerhalb der "Ereignishorizont" genannten Grenze die Zeit fast zum Stillstand.

Wissenschaftlern bleibt also nur, das weitere Umfeld der dunklen Giganten zu studieren. Zum Glück sammelt sich dort oft eine rasant rotierende, viele Millionen Grad heiße Scheibe aus Gas. Ein Teil dieser strahlenden Pampe verschwindet nach und nach hinter dem Ereignishorizont. Regelmäßig werden Teilchen aber auch peitschenartig ins All geschleudert, aus Gründen, die man noch nicht genau versteht.

Rund um das Zentrum unserer Galaxie ballen sich Wolken aus heißem Gas, die Röntgenstrahlung abgeben. © ESA/​XMM-Newton/​G. Ponti et al. 2019; Nature

Nur: Wie soll man sich das Ganze genauer ansehen, wie den Schatten des Lochs inmitten der brodelnden Gasscheibe sehen? Trotz seines großen Einflusses ist das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße überraschend klein. Würde man Sagittarius A* an die Stelle unserer Sonne setzen, würde sein Rand nicht mal bis zur Bahn des innersten Planeten Merkur reichen. Wegen seiner riesigen Entfernung zur Erde bedeckt das Loch am Nachthimmel daher gerade mal so viel Fläche wie ein Donut, den irgendwer auf dem Mond vergessen hat.

So schwer wie vier Millionen Sonnen – und trotzdem zu klein

Damit ist Sagittarius A* selbst für die besten irdischen Teleskope viel zu klein, sie können auf dem Mond nicht mal die Landefähre der Apollo-Astronauten ausmachen. Aber zum Glück nutzen Astronominnen seit den Sechzigerjahren eine Technik, bei der man die Bilder von weit entfernten Observatorien zusammenfügt. Und damit erhält man eine Auflösung, die der eines Riesenteleskops entspricht.

Ursprünglich funktionierte diese Very Long Baseline Interferometry jedoch nur für die größten Radioschüsseln, wie man sie aus dem Showdown von James-Bond-Filmen kennt. Für das Event Horizon Telescope musste man das Verfahren auf deutlich kleinere Observatorien anwenden. Observatorien, die nach sogenannten Submillimeterwellen Ausschau halten.

Die Schüsseln des Observatoriums ALMA stehen auf einer Hochebene in der chilenischen Atacama-Wüste. Wohl nirgendwo sonst kann man die Milchstraße derart gut beobachten. © Babak Tafreshi/​ESO

Wie auch Infrarotlicht können sie den kosmischen Staub durchdringen. Etwas unpraktisch für die Forscher: Submillimeter-Observatorien befinden sich meist an schwer zugänglichen Orten. Am Südpol etwa, auf den Gipfeln der spanischen Sierra Nevada, auf der Bergschulter eines mexikanischen Vulkans oder einer Hochebene der chilenischen Atacama-Wüste, 5.000 Meter über dem Meer.

Am Ende sollte es 15 Jahre dauern, bis die Anlagen mit der nötigen Technik ausgerüstet waren und bis sich einst konkurrierende Forschergruppen zusammengefunden hatten. Im April 2017 harrten sie dann nächtelang in den Kontrollräumen der Sternwarten aus. Acht Stunden lang nahmen die Teleskopschüsseln das galaktische Zentrum ins Visier.

Ein Kompromiss aus 9.000 Bildern

Schließlich fügten sie die Daten – insgesamt 3.500 Terabyte – mit Supercomputern zusammen, unter anderem am Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie. Spezielle Computerprogramme, programmiert an der Goethe-Universität Frankfurt, verglichen die Beute mit den Ergebnissen von Simulationen, ermittelten das wahrscheinlichste Ergebnis. Letztlich spuckte die Software 9.000 Aufnahmen aus, die mit den Daten der Teleskope kompatibel sind. 

Die allermeisten davon zeigen einen leuchtenden Ring. Aber bei knapp drei Prozent ist es eher ein verwaschener Klecks. "Das hat uns einige Sorgen bereitet", räumt Luciano Rezzolla von der Goethe-Universität ein. Letztlich entschieden sich die Forschenden dazu, alle denkbaren Bilder übereinander zu legen – und erhielten so das nun veröffentlichte Bild mit den zwei hellen Punkten im Ring.

Zum Vergleich: So sieht das Schwarze Loch in der Galaxie M87 aus. Mit einer Masse von 6,5 Milliarden Sonnen ist es mehr als tausendmal schwerer als das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße. © EHT Collaboration

Die Aufnahme ist für die Forschenden ein großer Erfolg, allerdings ist sie kein exaktes Abbild der Wirklichkeit. Sondern vielmehr eine plausible Schätzung, wie das Massemonster im Zentrum der Milchstraße wahrscheinlich aussieht. Um diese Ambivalenz deutlich zu machen, haben die Wissenschaftler noch drei weitere Bilder veröffentlicht, die ebenfalls der Wirklichkeit entsprechen könnten. Eines davon ähnelt allenfalls entfernt einem Schwarzen Loch.

Für die Forschung seien die neuen Ergebnisse trotzdem wertvoll, sagt Reinhard Genzel vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching. Genzel zählt zu den führenden Experten für das galaktische Zentrum, seit drei Jahrzehnten verfolgen er und sein Team blaue Riesensterne in der Nähe des Schwarzen Lochs – eine Arbeit, für die der Deutsche zusammen mit seiner US-Kollegin Andrea Ghez 2020 den Physik-Nobelpreis erhielt.

So oder so ähnlich sieht Sagittarius A* aus: Die vier Favoriten des Event Horizon Telescope. Die kleinen Balken unten im Bild zeigen, wie häufig die Computerprogramme der Forscher die Bilder jeweils ausgaben. © EHT Collaboration

"Die Aufnahmen von Sagittarius A* sind ein weiterer starker Hinweis, dass es Schwarze Löcher gibt", sagt Genzel. Gleichzeitig warnt er davor, die Bilder als endgültigen Beweis dafür zu feiern. "So weit sind wir vielleicht in 10 oder 20 Jahren." So gebe es bis heute wissenschaftliche Debatten darum, was eigentlich genau auf dem ikonischen Vorgängerbild aus der Galaxie M87 zu sehen ist. Wirklich ein Schwarzes Loch ohne Haare, wie es Einsteins Relativitätstheorie beschreibt? Oder vielleicht doch etwas anderes? "Wir brauchen in der Naturwissenschaft immer mehrere harte Beweise, bis wir eine Sache glauben", sagt Genzel.

Immerhin einige der anderen denkbaren Erklärungen meint das Team des Event Horizon Telescopes mit den Bildern von Sagittarius A* nun ausschließen zu können. "Wurmlöcher, Bosonensterne oder 'nackte' Singularitäten, die keinen Ereignishorizont hätten, passen nicht zu unseren Daten", sagt Luciano Rezzolla. Andere Objekte blieben dagegen weiterhin im Bereich des Möglichen – Objekte, die nicht unbedingt etwas Schlechtes sein müssen.

Denn womöglich handelt es sich dabei ebenso um Löcher in der Raumzeit, Löcher mit einem Ereignishorizont drumherum. Im Detail würden sie aber eben etwas anders aussehen, als Einsteins Relativitätstheorie beschreibt, Schwarze Löcher hätten dann gewissermaßen doch Haare. Im Idealfall führen die wiederum zu einer Theorie für das Innere der dunklen Giganten. Und vielleicht ist das galaktische Zentrum ja am Ende der Schlüssel dazu.

Die Forschenden des Event Horizon Telescope werden jedenfalls weiter dorthin blicken, so viel ist klar. Jedes Jahr im April schalten sie die um den Globus verteilten Observatorien zusammen. Zuletzt kam dabei oft etwas dazwischen, schlechtes Wetter, Corona, die Technik. Aber Sagittarius A* läuft ja nicht weg, dort oben im Sternbild Schütze, in der Mitte unserer Insel im All.

Event Horizon Telescope - Schwarze Löcher im Vergleich Zwei Schwarze Löcher konnte das Event Horizon Telescope aufnehmen: Sagittarius A* und M87. Ein Video der Uni Frankfurt erklärt die Unterschiede beider Aufnahmen.