Sagittarius A*: Das Schwarze Loch, das direkt auf die Erde zeigen könnte

Jeder Stern am Nachthimmel kreist langsam um etwas, das niemand sehen kann. Im Zentrum der Milchstraße befindet sich Sagittarius A*, ein supermassives schwarzes Loch mit einer Masse von 4,297 Millionen Sonnen. Die seltsame Geometrie, wie es Energie in den Raum ausstrahlt, könnte bedeuten, dass einer seiner Jets direkt auf unser Sonnensystem gerichtet ist.

Sagittarius A* — Astronomen nennen es einfach „Sgr A Star" — kann nicht direkt fotografiert werden, da kein Licht aus ihm entkommt. Alles, was wir wissen, stammt aus der Beobachtung, wie sich Gas, Sterne und Radiowellen in seiner Nähe verhalten. Jahrzehnte dieser Detektivarbeit verwandelten ein leises Rauschen in eines der am besten untersuchten Objekte der Galaxie – würdig eines Nobelpreises und eines Bildes, das mit einem Teleskop der Größe der Erde aufgenommen wurde.

Im April 1933 versuchte Ingenieur Karl Jansky, die Quelle von Störungen zu finden, die Telefongespräche über den Atlantik störten. Er verfolgten ein Radiosignal in Richtung des Sternbildes Schütze, zum Zentrum unserer Galaxie. Er hätte nicht wissen können, dass er gerade das galaktische Zentrum selbst entdeckt hatte.

Es dauerte noch vier Jahrzehnte, bis jemand das genaue Objekt isolierte. Die Astronomen Bruce Balick und Robert Brown lokalisierten eine kompakte Radioquelle dort am 13. und 15. Februar 1974, mit Hilfe eines gekoppelten Paares von Radioantennen des National Radio Astronomy Observatory. Diese Präzision – die Lokalisierung eines einzelnen Punktes in einem viel größeren, helleren Radioglühen – ermöglichte es späteren Teams schließlich, diesen Punkt mit einem schwarzen Loch zu verbinden, anstatt ihn nur als ungewöhnlich lauten Himmelsteil zu betrachten.

Astronomen beobachteten eine Gaswolke namens G2, die auf Sagittarius A* zufiel. Sie sagten voraus, dass sich ihre größte Annäherung, ein Moment namens Peribothron, um Mai 2014 ereignen würde. Teleskope auf der ganzen Welt richteten sich darauf aus, in der Hoffnung, das schwarze Loch live dabei zu beobachten, wie es die Wolke auseinander reißt.

Die Show kam nie wirklich zustande. Nachfolgende Beobachtungen zeigten, dass das Material, das in Sagittarius A* hineinwirbelt, während der Begegnung bemerkenswert stabil blieb und keine Anzeichen einer Störung durch die Ankunft von G2 zeigte. Der Reinfall war selbst wertvoll: Er zeigte Forschern, dass das Fütterungsmuster des schwarzen Lochs gegenüber einer vorbeiziehenden Wolke widerstandsfähiger ist als Modelle angenommen hatten – eine Einschränkung, die immer noch prägt, wie Wissenschaftler Materie, die in schwarze Löcher fällt, simulieren.

Während alle auf G2 warteten, warf Sagittarius A* selbst einen Tobsuchtsanfall. Am 14. September 2013 beobachtete das Chandra X-ray Observatory einen Strahlungsausbruch, der 400-mal heller war als das normale, ruhige Glühen des schwarzen Lochs – ein Ausbruch, der fast 3-mal stärker war als der bisherige Rekordhalter von Anfang 2012. Wochen später, nachdem sich alles wieder beruhigt hatte, verzeichnete Chandra im Oktober einen zweiten Ausbruch, dieser 200-mal heller als üblich.

Da beide Strahlungsausbrüche lange vor der vorhergesagten größten Annäherung von G2 auftraten, konnten sie nicht durch die Wolke ausgelöst worden sein, auf die alle warteten. Die führende Erklärung ist weit seltsamer: etwas Kleineres und Näheres, möglicherweise ein verirrter Asteroid, der dem schwarzen Loch zu nahe kam und auseinander gerissen wurde. In jedem Fall sind die Strahlungsausbrüche eine Erinnerung daran, dass Sagittarius A* keine dramatische Gaswolke braucht, um Schlagzeilen zu machen – es kann das von selbst tun, unvorhersehbar, in einer gewöhnlichen Woche.

Das GRAVITY-Instrument des European Southern Observatory beobachtete etwas, das vorher niemand direkt gesehen hatte: Gasbrocken, die eine Schleife um Sagittarius A* außerhalb des Ereignishorizonts nachzeichnen, mit etwa 30 Prozent der Lichtgeschwindigkeit – die höchste Geschwindigkeit, bei der jemand je Materie beobachtet hatte, bevor sie hinter den Punkt ohne Rückkehr fiel.

Diese Messung funktionierte nur, weil GRAVITY „betrügt". Es kombiniert das Licht von vier separaten Teleskopen beim Very Large Telescope in ein virtuelles Instrument mit der Auflösungskraft eines Spiegels von 130 Metern, viel größer als je ein einzelner Spiegel gebaut werden könnte. Die Kombination von Teleskopen auf diese Weise verwandelt ein verschwommenes Licht 26.000 Lichtjahre entfernt in eine verfolgbare Umlaufbahn.

Das gleiche GRAVITY-Instrument, gepaart mit einem Zwillingsteleskop namens SINFONI, verbrachte Jahre damit, einen Stern namens S2 zu verfolgen, als er auf einer wild gestreckten Umlaufbahn an Sagittarius A* vorbeischwang. Als S2 seine größte Annäherung erreichte, maßen Forscher zum ersten Mal in einer so extremen Umgebung genau die Licht-Rotverschiebungs- und Bahnveränderungseffekte, die die allgemeine Relativitätstheorie in der Nähe eines massiven Körpers vorhersagt – nicht die einfachere Physik der Newtonschen Gravitation.

S2 ist nicht einmal mehr der bekannte Rekordhalter. Ab 2020 hält ein Stern namens S4714 diesen Rekord, wobei er sich etwa 12,6 AU nähert – ungefähr Saturns Entfernung von der Sonne – mit einer Geschwindigkeit von etwa 8 % der Lichtgeschwindigkeit. Das Verfolgen von Sternen wie diesen auf Umlaufbahnen, die schnell und eng genug sind, um die Fingerabdrücke der Relativität zu spüren, ist wie Astronomen Sagittarius A* wogen, ohne es je zu sehen.

Lange bevor jemand Sagittarius A* fotografierte, waren Radioastronomen seinem wahren Ausmaß auf der Spur. Eine Studie von 2019, die das Atacama Large Millimeter Array mit einem weltweiten Netzwerk von Radioantennen kombinierte, ergab, dass seine Radioemission aus einer Himmelsgegend kommt, die nur 300 Millionsten eines Grades groß ist, mit einer Form, die so gleichmäßig ist, dass sie fast perfekt rund aussieht.

Eine so scharfe Fixierung brauchte Jahrzehnte schrittweiser Fortschritte: Die allerersten Beobachtungen von Sagittarius A* bei der in der 2019-Studie verwendeten spezifischen Radiofrequenz waren 26 Jahre früher gemacht worden, mit nur einer Handvoll Teleskopen statt eines weltumspannenden Arrays. Jede Generation von Instrumenten machte die Unschärfe weiter kleiner – eine langsame Schärfung, die schließlich ein echtes Bild ermöglichte.

Die gleiche Studie von 2019 enthüllte etwas Verstörendes: Die Emissionsregion ist so klein und so symmetrisch, dass die Quelle möglicherweise fast direkt auf die Erde zeigt. Anstatt Sagittarius A* von der Seite zu betrachten, wie wir normalerweise entfernte Radioquellen betrachten, könnten wir fast direkt in einen seiner Jets schauen – als würde man in eine Taschenlampe starren, statt ihren Strahl vorbeigehen zu sehen. Es ist eine Erinnerung daran, dass das schwarze Loch unserer Galaxie nicht nur eine passive Kulisse ist; seine Geometrie formt aktiv, was wir von hier aus messen können.

Der theoretische Fall, dass Sagittarius A* ein schwarzes Loch sein musste, baute sich über Jahrzehnte genau auf dieser Art von Orbital- und Radiobeweis auf. Das Nobel-Komitee stimmte zu: 2020 teilten sich Reinhard Genzel und Andrea Ghez jeweils ein Viertel des Physikapreises, geehrt dafür, dass sie nachgewiesen, dass das Objekt im Zentrum unserer Galaxie zu kompakt ist, um etwas anderes als ein schwarzes Loch zu sein.

Zwei Jahre später traf Theorie auf das Bild. Am 12. Mai 2022 veröffentlichte die Event Horizon Telescope Collaboration das erste Bild von Sagittarius A* – ein glühender Ring aus Licht, gebeugt um ein dunkles Zentrum etwa 26.000 Lichtjahre entfernt von dem Ort, wo wir stehen. Die Menschheit hatte dies nur einmal zuvor geschafft, das supermassive schwarze Loch in der Galaxie Messier 87 im Jahr 2019 zu fotografieren – was dies zum ersten bestätigten Bild macht, nicht nur theoretischer Beweis, des Objekts, das im Herzen unserer eigenen Galaxie sitzt.

• NASA: Chandra Detects Record-Breaking Outburst from Milky Way's Black Hole
• ESO: Best View Yet of Dusty Cloud Passing Galactic Centre Black Hole
• ESO: Most Detailed Observations of Material Orbiting Close to a Black Hole
• Phys.org: Revealing the Black Hole at the Heart of the Galaxy
• Wikipedia: Sagittarius A*