Buchauszug "Licht im Dunkeln" Expedition ins dunkle Zentrum der Galaxien

Der Astronom Heino Falcke war Teil des weltweiten Forschernetzwerks, dem die erste Aufnahme eines schwarzen Lochs gelang. Seine Erlebnisse auf dem Weg zum Jahrhundertfoto hat er in ein Buch gefasst.
Von Heino Falcke und Jörg Römer
Das Submillimeter Telescope (SMT) in Arizona auf dem Mount Graham

Das Submillimeter Telescope (SMT) in Arizona auf dem Mount Graham

Foto: University of Arizona / David Harvey

Im April 2019 starrten Milliarden Menschen fasziniert auf ein Bild: Ein glühender Ring war darauf zu sehen. In seiner Mitte: ein schwarzes Loch. Es war die erste Aufnahme eines solchen Wunders des Weltraums. Milliarden Menschen rund um den Erdball waren gleichsam begeistert und ein wenig beunruhigt vom Zeugnis dieses vielleicht unheimlichsten Ortes des Universums.

Schwarze Löcher entstehen, wenn große Sterne sterben. Dann fällt ihre Masse zusammen zu einem winzigen Punkt, ohne dabei etwas von ihrer mächtigen Gravitationskraft zu verlieren. Aufgenommen hatte das Bild, das vom schwarzen Loch in der Galaxie M87 stammt, das Event Horizon Telescope (EHT). Dahinter verbirgt sich ein weltumspannender Verbund von Teleskopen, die von einem ganzen Kollektiv von Hunderten Astronomen zusammengeschaltet wurden, um damit in das Herz von Galaxien zu schauen.

Aus acht Radioteleskopen, die an abgelegenen Orten des Erdballs wie beispielsweise der Antarktis oder der chilenischen Atacama-Wüste standen, wurde so eine globale Beobachtungsstation. Das sensationelle Bild entstand später am Computer - es wurde in komplizierten Verfahren aus den Daten der einzelnen Messungen zusammengesetzt.

Einer der führenden EHT-Forscher ist der deutsche Astronom Heino Falcke von der Radboud-Universität Nijmegen in den Niederlanden. Er hatte die Idee für das Bild und arbeitete zusammen mit Kolleginnen und Kollegen jahrelang an der Umsetzung. In seinem Buch "Licht im Dunkeln" (erscheint am 24. Oktober), das zusammen mit SPIEGEL-Redakteur Jörg Römer entstand, erzählt er unter anderem von den verschiedenen Mess-Expeditionen, die er erlebte. Lesen Sie hier exklusiv einen gekürzten Auszug:

Erstes Bild eines schwarzen Lochs. Es stammt aus der Galaxie M87.

Erstes Bild eines schwarzen Lochs. Es stammt aus der Galaxie M87.

Foto: - / dpa

Als endlich alles vorbereitet ist, schwärmt unsere erste große Expedition in alle Länder aus. Ende März 2015 wollen wir weltweit so viele Teleskope zusammenschalten wie möglich. Ich reise in die USA an das Submillimeter Telescope (SMT) in Arizona, zur Bergspitze des Mount Graham. Mit dem Auto fahre ich von Tucson aus durch die abenteuerliche Landschaft des amerikanischen Südwestens. Vorbei an schroffen Felsen, Kakteen, kleinen Siedlungen aus transportablen Holzhütten und einem amerikanischen Wüstengefängnis, das auf Schildern vor entlaufenen Gefangenen warnt.

Dann beginnt das Abenteuer mit der Auffahrt auf den Berg entlang des Arizona-Highway 366: Mit meinem riesigen roten Ford RAM Pick-up-Truck geht es von 1000 Metern auf der Hochebene zum 3200 Meter hohen Gipfel. Dort steht das Teleskop auf einem kleinen Bergplateau. Die letzten Höhenmeter sind besonders steil und eng, sodass der schmale Weg immer nur von einem Fahrzeug befahren werden kann. Mit dem Funkgerät erkundige ich mich, ob der Weg frei ist und kündige mich an: "One vehicle proceeding up the access road" - und gebe Gas. Der Geländewagen schaukelt hin und her, während er sich durch die Serpentinen nach oben kämpft. Dann stehe ich plötzlich vor dem Teleskop.

Die 135-Tonnen-Konstruktion ist ein beeindruckender Bau. Im Fundament liegen Unterkünfte und Küche. Der obere, drehbare Gebäudeteil beherbergt das Teleskop und die Instrumente. Vorderwand und Decke des Hauses lassen sich aufklappen. Auf der Ebene direkt unterhalb der Schüssel befinden sich eine kleine Brüstung und der Kontrollraum, der über eine Treppe erreichbar ist.

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Beides dreht sich mit dem äußeren Gebäudeteil, wenn das Teleskop seine Position verändert. Das führt immer wieder zu Verwirrung, denn während der Beobachtungen wandert die Treppe mit dem Teleskop immer ein Stück weiter, wenn eine neue Position am Himmel angepeilt wird. Immer wenn ich Küche oder Schlafzimmer verlasse, muss ich diese Treppe wieder suchen, um nach oben zu gelangen - es ist zum Verrücktwerden!

Für Himmelsbeobachtungen ist der Berg ein idealer Standort, denn die Konzentration von störendem Wasserdampf in der Atmosphäre ist hier oben viel geringer. Für manche Menschen ist die dünne Luft gewöhnungsbedürftig, sie werden ziemlich kurzatmig. Auch ich spüre leichte Kopfschmerzen, aber die Treppen im Observatorium komme ich zum Glück gut hoch. Wegen der geringen Luftfeuchtigkeit bekomme ich einen trockenen Rachen und spröde Haut - Astronomenschicksal.

Zur Person
Foto: Boris Breuer

Heino Falcke, 54, ist Professor für Astrophysik an der niederländischen Radboud-Universität in Nimwegen. Er ist Experte auf dem Gebiet der Interferometrie, dabei werden mehrere Teleskope zu einem einzigen, großen zusammengeschlossen. Falcke war einer der Initiatoren des Event Horizon Telescope (EHT). Mit dem Verbund von acht Observatorien gelang erstmals die Visualisierung eines schwarzen Lochs. Dieser Text ist ein Auszug aus seinem Buch "Licht im Dunkeln - Schwarze Löcher, das Universum und wir" (Klett-Cotta-Verlag), das er zusammen mit SPIEGEL-Redakteur Jörg Römer geschrieben hat.

Sogar meine Vorräte bemerken den Unterdruck: Die Chipstüte ist plötzlich prall aufgeblasen, und mein Deoroller schießt mir beim Öffnen mit lautem Knall seine Rollkugel entgegen. Hoffentlich wird es in den kommenden Tagen nicht zu warm - ich sollte wohl besser nicht schwitzen.

Auf dem Gipfel des Mount Graham umschließt mich ein duftender Tannenwald. Eine Lichtung gibt das erhebende Panorama auf die dünn besiedelten Weiten unter mir und den klaren Himmel über mir frei. Als Radioastronom wünscht man sich einen wolkenlosen Himmel, damit die Wellen möglichst ungehindert durch die Atmosphäre die Schüsseln erreichen. Normale Radiowellen durchdringen locker die Wolken; die kurzen Wellen hingegen, die wir beobachten wollen, werden vom Wasserdampf in der Luft und in den Wolken absorbiert.

Es ist wirklich ein langer Weg, bis aus Radiolicht ein Bild hervorschimmert, sodass man es anderen Astronomen, Physikern und der Weltöffentlichkeit zeigen kann. Aber es ist ein besonderes Erlebnis, wenn das Weltall sich selbst offenbart.

Der Parabolspiegel des Teleskops sammelt zunächst die Radiowellen aus dem All und fokussiert sie. Der Spiegel muss für unsere Wellenlänge dabei über seine gesamte Größe auf eine Genauigkeit von weniger als 40 Mikrometern justiert sein. Über den Sekundärspiegel, der an vier Streben vor dem Teleskop hängt, gelangen die Wellen zurück in die Empfängerkabine hinter der Schüssel. Dort werden sie über ein metallisches Horn in den Hohlleiter des Empfängers eingespeist. Das Horn übernimmt im Prinzip die Funktion der Hörmuschel eines alten Grammofons.

Chef im Kontrollraum

Wer als Astronom mit einem Teleskop arbeiten will, sollte es sich mit einer Person auf keinen Fall verscherzen: dem Operateur. Er bedient das Teleskop und steht am Ruder wie ein Kapitän auf seinem Dampfer. Er steuert die Schüssel von seinem Kommandoraum aus, in dem er vor einer Wand aus Bildschirmen sitzt. Am Submillimeter Telescope waren immer zwei Operateure gleichzeitig auf dem Berg, die sich mit jeweils zwölfstündigen Schichten abwechselten. Sie kamen aus der Gegend und waren das einsame Leben auf dem Mount Graham gewohnt, der in der Sprache der Apachen "Großer sitzender Berg" heißt.

Bei Messungen kann der Operateur den anwesenden Astronomen auch das virtuelle Ruder überlassen, er nimmt es aber sofort wieder an sich, sollten Probleme auftauchen oder starker Wind einen Weiterbetrieb verhindern. Bei VLBI-Experimenten, bei denen gleichzeitig mehrere Teleskope an unterschiedlichen Standorten zusammengeschaltet werden, gibt es für jedes Teleskop einen strengen Zeitplan, an den wir uns halten müssen - er ist im Prinzip automatisiert, schließlich sollen die Teleskope alle sekundengenau und zeitgleich auf dieselbe Radioquelle gerichtet werden. Damit es keine Verwirrung mit Zeitzonen gibt, sind alle Zeiten in Universal Time angegeben - der Zeitzone des Royal Greenwich Observatory in England, aus dem längst ein Museum geworden ist.

Bei den Messungen beobachten wir nicht nur den Kern unsere Milchstraße oder den der Galaxie M87. Zwischendurch schwenken die Radioschüsseln immer wieder auf Kalibrationsquellen, um die Messempfindlichkeit unserer Teleskope zu bestimmen. Häufig verwenden wir dafür verschiedene bekannte Quasare oder Galaxien. Darunter ist beispielsweise die 240 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernte Galaxie 3C 84 im Perseus-Haufen, die schon der deutsch-britische Astronom Wilhelm Herschel Ende des 18. Jahrhunderts am Himmel aufspürte. Sie ist eine verlässliche und starke Radioquelle.

Das Ändern der Blickrichtung der Schüssel kann schon mal ein paar Minuten dauern. Für diese Zeit haben sich die Betreiber in Arizona einen kleinen Gag einfallen lassen: Wenn sich das Teleskop bewegt, läuft im Kontrollraum und in der Küche die beschwingte Melodie "Classical Gas" aus dem australischen Film "The Dish". In dem Streifen geht es um den Empfang der ersten Fernsehbilder der Apollo-11-Mondlandung mit einem Teleskop in Australien. Wer einmal auf dem Mount Graham Sterne oder schwarze Löcher beobachtet hat, wird diesen Ohrwurm nie wieder los.

Am 21. März 2015 melden wir: "Das Wetter sieht gut aus." Wir könnten also pünktlich unsere Beobachtungen aufnehmen. Eine knappe Stunde später stellen sich plötzlich technische Probleme ein. "Das Teleskop arbeitet schlecht. Die Operateure müssen vom Zeitplan abweichen, um es zu reparieren", geben wir zu Protokoll.

Ein anderes Mal muss das Teleskop stoppen, weil die Kabel für eine weitere Drehbewegung nicht lang genug sind. Teleskope sind in der Regel für eineinhalb Drehungen ausgelegt. Nur so lange kann es sich in dieselbe Richtung bewegen und ein Himmelsobjekt verfolgen. Ist das Maximum erreicht, dreht der Operateur die ganze Anlage einmal komplett zurück, um den Kabelsalat zu entwirren. Dann ertönt minutenlang das Gedudel aus "The Dish". Genervt warte ich, bis es weitergeht, denn wir verpassen mindestens eine Messreihe und springen direkt zum nächsten Punkt auf dem Messplan.

Am Ende dieser Woche verlasse ich den Mount Graham mit gemischten Gefühlen. Vieles hat funktioniert, wir haben einiges gelernt, aber das Wetter war durchwachsen. Monate später hören wir, einige Bauteile seien noch nicht optimal angepasst, und die Datenqualität sei nicht gut. Es war also noch ein weiter Weg, bis wir der Welt das erste Bild eines schwarzen Lochs bescheren konnten.

Heute arbeitet das EHT weiter. Alle warten gespannt darauf, wie das schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße aussieht. Wird uns ein Bild gelingen, oder wird uns das schnelle Herumgezapple den kosmischen Brei verderben? Wird Sagittarius A uns auch irgendwann seinen Schatten zeigen? Können wir sehen, wie sich Magnetfelder um das schwarze Loch wickeln? Gelingt uns vielleicht statt eines Bildes sogar ein Film? Wir wollen mehr beobachten und brauchen dringend zusätzliche Teleskope. Hoffentlich bald auch eines in Afrika - ich bin immer noch dankbar für jede Unterstützung. Denn es gibt noch viel zu sehen dort draußen.

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