Hier ist die seltsamste Bewerbung der Physikgeschichte: Der Mann, dessen Gleichungen Schwarze Löcher überhaupt denkbar machten, verbrachte einen Teil seiner Karriere damit, gegen sie zu argumentieren. 1939 nutzte Albert Einstein seine eigene allgemeine Relativitätstheorie, um zu beweisen, dass Schwarze Löcher nicht existieren könnten.
Das Universum spielte nicht mit. Noch innerhalb eines Menschenlebens wogen Astronomen eines, hörten zwei davon kollidieren und fotografierten schließlich eines. Ein Schwarzes Loch ist eine Region, in der die Schwerkraft uneingeschränkt gewinnt – was die Grenze überschreitet, bleibt drinnen, auch das Licht –, und die Geschichte, wie wir schließlich an sie glaubten, ist voller Wetten, Zweifel und eines sehr treffend gesetzten Sternchens.
Die Idee kam 1784 per Brief
Die früheste Version eines Schwarzen Lochs entstand mehr als ein Jahrhundert vor Einstein – und zwar per Post. John Michell, ein englischer Astronom und Geistlicher, berechnete, dass ein Stern mit der Dichte der Sonne, aber dem 500-Fachen ihres Radius, sein eigenes Sternenlicht verschlingen würde: An der Oberfläche müsste die Fluchtgeschwindigkeit größer sein als die Lichtgeschwindigkeit selbst. Er veröffentlichte die Berechnung 1784 in einem Brief.
Michells „dunkler Stern“ beruhte auf der falschen Physik und traf trotzdem die richtige Idee – eine Masse, die so konzentriert ist, dass Licht sie nicht verlassen kann. Es dauerte den größten Teil von zwei Jahrhunderten, bis das Konzept nicht mehr wie ein mathematischer Scherz klang.
Der lautstärkste Zweifler schrieb die Gleichungen
Einsteins Versuch von 1939, Schwarze Löcher auszuschließen, ist eine der großen Ironien der Wissenschaft: Die Theorie, die er verteidigte, bestand leise weiter auf ihnen. Geklärt wurde die Sache – zumindest mathematisch – 1965, als Roger Penrose bewies, dass die allgemeine Relativitätstheorie in jedem Schwarzen Loch Singularitäten vorhersagt. Sie waren kein Zufallsprodukt ordentlicher, symmetrischer Modelle, das im unordentlichen realen Universum verschwinden würde. Sie waren die Regel.
Dieses Ergebnis machte aus Schwarzen Löchern vom Kuriosum eine Vorhersage. Was noch fehlte, war ein echtes, am Himmel hängendes Exemplar, auf das Astronomen zeigen konnten.
Eine Wette, die Stephen Hawking verlieren wollte
Das Zeigen begann mit Cygnus X-1, einer intensiven Röntgenquelle im Sternbild Schwan. Bis 1971 hatten mehrere Forschungsgruppen unabhängig voneinander erkannt, dass es sich um den ersten Schwarzes-Loch-Kandidaten handelte, der breite Anerkennung fand. Das Objekt verhielt sich nicht wie ein gewöhnlicher Stern, und die Indizien wurden immer stärker.
Stark genug sogar, um darauf zu wetten. 1975 schlossen Stephen Hawking und Kip Thorne eine freundschaftliche Wette darüber ab, ob Cygnus X-1 wirklich ein Schwarzes Loch enthält – und Hawking, der jahrelang an der Theorie Schwarzer Löcher gearbeitet hatte, setzte bewusst dagegen, damit ein verlorener Wetteinsatz zumindest einen physikalischen Sieg bedeutete. 1990 gab er sich geschlagen, als die Beobachtungen kaum noch Zweifel zuließen. Heute wird das kompakte Objekt in Cygnus X-1 auf etwa das 21,2-Fache der Sonnenmasse geschätzt – ein Objekt, das kein uns bekannter gewöhnlicher Stern erklären könnte.
Schwarze Löcher sind nicht ganz schwarz
Hawkings Trostpreis war größer als die Wette. 1974 zeigte er, dass die Quantenfeldtheorie Schwarze Löcher dazu zwingt, schwach zu leuchten – wie ein Schwarzer Körper, mit einer Temperatur, die von ihrer Oberflächengravitation abhängt. Dieser Effekt heißt heute Hawking-Strahlung und bedeutet, dass ein Schwarzes Loch im Prinzip langsam verdunsten kann.
In der Praxis schrumpft bisher keines von ihnen. Selbst die kleinste beobachtete Klasse, stellare Schwarze Löcher, nimmt derzeit mehr Masse aus der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung – dem schwachen Nachglühen des Urknalls – auf, als sie durch Hawking-Strahlung wieder abgibt. Die Bilanz füllt sich vorerst nur weiter.
Der Tag, an dem die Raumzeit wie eine Glocke klang
Hundert Jahre lang war jeder Test auf Schwarze Löcher indirekt. Dann, Ende 2015, gelang den LIGO- und Virgo-Kollaborationen der erste direkte Nachweis von Gravitationswellen – ein Ereignis mit dem Namen GW150914 und gleichzeitig die erste je beobachtete Verschmelzung Schwarzer Löcher.
Das Kleingedruckte des Signals ist atemberaubend. Die beiden Schwarzen Löcher, die spiralförmig aufeinander zurasten, hatten etwa das 30- und das 35-Fache der Sonnenmasse, und die Kollision ereignete sich rund 1,4 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. Eine Welle in der Raumzeit legte diese Distanz zurück und schlug hier trotzdem auf den Instrumenten aus. Hunderte ähnliche Nachweise folgten, aber GW150914 war der Moment, in dem Schwarze Löcher aufhörten, stumm zu sein.
Porträts zweier Monster
Schwarze Löcher zu hören reichte nicht; Astronomen wollten eines sehen. Am 10. April 2019 veröffentlichte das Event Horizon Telescope das allererste direkte Bild eines Schwarzen Lochs – den supermassereichen Riesen im Kern der Galaxie Messier 87, glühend wie ein Ring aus Glut um ein Loch im Himmel.
Die Fortsetzung lag näher an der Heimat. 2022 veröffentlichte dieselbe Kollaboration ein Bild von Sagittarius A*, dem Schwarzen Loch im Zentrum unserer eigenen Milchstraße, rekonstruiert aus Daten, die bereits 2017 gesammelt worden waren. Zwei Porträts, zwei Galaxien, eine identische Physik – der bislang stärkste visuelle Beweis dafür, dass Ereignishorizonte reale Orte sind und keine theoretische Buchhaltung.
Das Schwergewicht von nebenan
Das erste Bild von Sagittarius A, aufgenommen von der Event-Horizon-Telescope-Kollaboration. Foto: EHT Collaboration, Wikimedia Commons, CC BY 4.0*
Sagittarius A* ist das Schwarze Loch, das wir am besten kennen, und die Zahlen sind wunderbar präzise. Seine Masse liegt bei 4,297 Millionen Sonnenmassen, mit einer Genauigkeit von 0,012 Millionen – eine Buchführung so exakt, dass sie jede Bank neidisch machen würde. Es befindet sich etwa 26.000 Lichtjahre entfernt, und seine gemessene Größe beträgt 51,8 Millionen Kilometer – etwa 32,2 Millionen Meilen – im Durchmesser.
Diese Zahl verdient einen Vergleich. Die Erde umkreist die Sonne in 150 Millionen Kilometern Entfernung, und Merkur kommt ihr an seinem nächsten Punkt bis auf 46 Millionen Kilometer nahe. Würde man Sagittarius A* an die Stelle der Sonne setzen, würde sein Schatten über die Merkurbahn hinausreichen – ein einziges Objekt, breiter als die erste Fahrbahn des inneren Sonnensystems.
Ein „aufregender“ Name und ein unruhiger Appetit
Der Stern in Sgr A* ist keine Fußnote. Robert Brown fügte ihn 1982 hinzu: Die Radioquelle erschien ihm „aufregend“ (englisch „exciting“), und Physiker markieren angeregte Zustände von Atomen mit einem Sternchen. Es ist vielleicht das einzige Objekt am Himmel, das nach einer Stimmung benannt ist.
Der Name passt immer noch. 2013 beobachteten Astronomen mit dem Röntgenteleskop Chandra, wie Sgr A* einen Ausbruch aussandte, der 400-mal heller war als sein übliches ruhiges Murmeln. Selbst ein größtenteils ruhendes Schwarzes Loch erinnert die Nachbarschaft offenbar gelegentlich daran, wem das Zentrum der Galaxie gehört.