Forschung

Im Schatten des Schwarzen Lochs

31.07.2019 - Interview mit Heino Falcke und Luciano Rezzolla über die Hintergründe des Event Horizon Telescope und die erste direkte Abbildung eines Schwarzen Lochs.

Einer internationalen Kollaboration gelang es mit dem Event Horizon Telescope erstmals, den Schatten eines Schwarzen Lochs abzubilden. Es befindet sich im Zentrum der 55 Millionen Lichtjahre entfernten Riesengalaxie Messier 87 (M87) und besitzt eine Masse von 6,5 Milliarden Sonnenmassen. Maßgeblich beteiligt an diesem historischen Durchbruch waren Heino Falcke von der Universität Radboud Nijmegen, Niederlande, und Luciano Rezzolla von der Universität Frankfurt.    

Physik in unserer Zeit: Herr Falcke, das Projekt Event Horizon Telescope hat eine lange Geschichte. Wie begann sie, und wie hat sie sich bis zum Erfolg entwickelt?

Falcke: Das Projekt begann vor gut fünfundzwanzig Jahren mit einer Idee. Thomas Krichbaum und Kollegen vom MPI für Radioastronomie hatten 1994 mit Hilfe von Very Long Base Line Interferometrie (VLBI) im Millimeter-Wellenlängenbereich das galaktische Zentrum beobachtet. Ich modellierte die Quelle und erkannte damals, dass bei noch kürzeren Wellenlängen die Emission aus der Nähe des Ereignishorizonts kam und schlug dann vor, diese Beobachtung mit einem weltumspannenden Array bei einer Wellenlänge von einem Millimeter oder weniger zu versuchen.  Im Jahre 2000 prägten wir den Begriff vom Schatten des Schwarzen Lochs, als wir zeigten, dass die Abbildung im Millimeterwellenlängenbereich aus der Umgebung des zentralen Schwarzen Lochs als ein detektierbarer dunkler Fleck erscheinen sollte. 2004 habe ich einen Workshop organisiert, in dem wir über eine solche Beobachtung diskutiert haben und zu dem Schluss kamen, dass sie zum Erfolg führen könnte. Shep Doeleman und das Team vom MIT Haystack Observatory fing in dieser Zeit an, notwendige technische Verbesserungen vorzunehmen, während wir keine finanziellen Mittel dafür hatten. Um mehr Aufmerksamkeit für die Idee in Europa zu wecken, haben wir sie in eine Roadmap für zukünftige Ziele in der Astronomie aufgenommen. Dasselbe passierte etwas später auch in den USA. Ich dachte mir, dass wir dem Kind einen griffigen Namen geben müssten und habe mit Shep Doeleman und Dan Marrone 2009 beim Kaffee den Begriff Event Horizon Telescope erfunden.

Auf  Ihrer Seite fehlte aber nach wie vor eine klare Finanzierung.

Genau. Es gab zwar immer wieder Unterstützung in Europa, zum Beispiel hatte die Max-Planck-Gesellschaft die Entwicklung von VLBI kontinuierlich gefördert. Auch die 2,5 Millionen Euro, die ich 2011 mit der Verleihung des Spinoza-Preises bekam, waren eine große Hilfe. Aber den Durchbruch für uns brachte 2014 ein mit 14 Millionen Euro dotierter Synergy Grant des European Research Council. Die Kollegen in den USA bekamen kurz darauf von der National Science Foundation etwa acht Millionen Dollar. Erst dann haben wir bei einem Treffen in Kanada die Teilnehmer am EHT festgelegt, und wir waren ein wichtiger Partner. Dann dauerte es noch einmal drei Jahre, in der wir 50 offizielle Vorstandstreffen veranstaltet haben, bis dann endlich im April 2017 die ersten Beobachtungen mit acht Teleskopen stattfinden konnten (Abbildung 1). Kurioserweise haben wir erst danach die Organisationsstruktur ratifiziert. Das war alles ein extrem mühsamer Prozess.       

Die genannten Summen sind vergleichsweise gering für ein derart spektakuläres Projekt. Wofür benötigten sie das Geld vor allem?

Hauptsächlich für die Organisation und digitale Hardware. Ein kleines Beispiel: Es war gar nicht so einfach, tausend Festplatten für die Speicherung der Messdaten zu bekommen, die auch unter unüblichen Bedingungen wie dem geringen Luftdruck in den chilenischen Anden zuverlässig laufen. Außerdem wurde am Max-Planck-Institut in Bonn ein neuer Frequenzfilter und in Groningen Geräte zur Einkopplung der Radiosignale gebaut.

Von den Beobachtungen im April 2017 bis zur Veröffentlichung vergingen zwei Jahre. Warum so lange?

Die Daten werden ja wie schon erwähnt auf Festplatten gespeichert, denn bei einer Datenrate von 350 Terabytes pro Tag ist an eine Übertragung via Internet von den entlegenen Teleskopen nicht zu denken. Dann müssen die Daten phasengleich im Rechner zusammengeführt werden, anschließend führt man eine Fourier-Analyse der Interferometerdaten durch. Wir mussten aber noch auf die Daten vom Südpolteleskop warten, die erst im Dezember ausgeflogen werden konnten. Die dienten zur Kalibrierung und verbesserten noch einmal die Qualität. Wir haben bewusst erst nur die Daten der Kalibratoren angesehen. Erst als das in Ordnung schien, haben wir unsere Hauptquellen angeschaut. Schon als wir die Daten im Fourier-Raum sahen, ahnten wir früh die Ringstruktur und wurden echt nervös. 

Auf die Auswertung und Interpretation der Daten haben sie sehr viel Mühe verwandt. In den Medien wurde hierbei Katie Bouman vom Massachusetts Institute of  Technology besonders hervorgehoben. Ist das berechtigt?

Wir betreiben ja VLBI wenn auch bei größeren Wellenlängen schon seit Jahrzehnten. Es gibt also längst Algorithmen, um diese Daten auszuwerten. Wir haben insgesamt zwei alte und einen neuen Algorithmus angewandt, um sicher zu gehen, dass diese zum selben Ergebnis führen. Den Algorithmus, den Katie  Bouman entwickelt hat, haben wir bei dem Bild eigentlich nicht direkt verwendet. Das MIT hat ohne Rücksprache – auch nicht mit ihr – einen anderslautenden Tweet in die Welt gesetzt, der dann viral wurde, aber leider falsche Informationen enthielt. Katie kann nicht mehr durch Boston gehen, ohne dauernd angesprochen zu werden. Mythenbildung scheint in Amerika inzwischen übliches Geschäftsgebaren zu sein. Trotzdem hat Katie natürlich eine fantastische und wichtige Arbeit geleistet und die Algorithmen auf Herz und Nieren getestet. Aber es war eine echte transatlantische Teamleistung – das war ja das Schöne daran. Es ist überhaupt nicht sinnvoll, einzelne Personen hervorzuheben und um sie einen solchen Mythos aufzubauen. Wir haben ganz exzellente Frauen und Männer, die alle buchstäblich rund um die Uhr gearbeitet haben, um das Ergebnis zu bekommen. Der Erfolg ist echte Teamarbeit über Grenzen und Kontinente hinweg.

Das wesentlich ausführlichere Interview über die weiteren Pläne mit dem EHT sowie die astrophysikalischen Hintergründe der Beobachtung des Schwarzen Lochs (Luciano Rezzolla) ist in der aktuellen Ausgabe von Physik in unserer Zeit erschienen. Sie finden es hier (nur mit Online-Abo).   

Originalveröffentlichung

H. Falcke, L. Rezzolla, Phys. Unserer Zeit 49(4), 162 (2019); https://doi.org/10.1002/piuz.201970404

 

Weiterführende Informationen

Erstmals ein Schwarzes Loch abgebildet

Event Horizon Telescope

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