1919 wagte sich die heute berühmte Eddington Expedition heraus, um zu prüfen ob Gravitation Licht biegen kann -
- ein Haupttest von Einsteins Relativitätstheorie.
Indem sie eine komplette Sonnenfinsternis beobachteten, zeigten sie, dass die Sonne wie vorausberechnet den Weg von Sternenlicht änderte,
was Einsteins Theorie weltberühmt machte.
Jetzt, ein ganzes Jahrhundert später, brechen Wissenschaftler wieder auf
zu noch entlegeneren Orten auf vier verschiedenen Kontinenten.
Sie werden erneut die an die Grenzen der Kenntnisse über Astronomie gehen,
um die gleiche Theorie auf eine Art und Weise zu Testen, die sich Einstein nie hätte vorstellen können.
Ihr Ziel: ein Foto eines Schwarzen Lochs machen; ein so hochgestecktes Ziel, dass es unmöglich erschien....
bis jetzt!
Die Geschichte Schwarzer Löcher beginnt als Puzzle.
1915 hat Karl Schwarzschild bemerkt, dass Einsteins - damals neue - Relativitätstheorie
die Existenz von seltsamen Objekten, bekannt als "Singularitäten" vorausberechnete.
Dies waren Orte, an denen seine neuen gravitationsbeschreibenden Gleichungen verrückt spielten.
In ihnen war ein bizarrer Ort, an welchem die Zeit anhielt und der Raum unendlich wurde.
Zu seiner Zeit befanden viele Wissenschaftler, Einstein eingeschlossen,
dass sie zu merkwürdig wären um ernsthafte Forschung in Betracht zu ziehen.
In den hundert Jahren seither
haben sich Beweise angehäuft, dass Singularitäten tatsächlich in unserem Universum existieren...
.... als Schwarze Löcher.
Schwarze Löcher sind die mysteriösesten Objekte des Universums.
Denn dort existiert die Materie auf so kleinen Raum und mit so hoher Dichte,
dass die Gravitationskraft sogar das Licht vom Entweichen abhält.
Sie sind eine Einwegstraße aus unserem Universum.
Wir wissen jetzt, dass sie im Zentrum von Galaxien stehen
und bestimmen, wie diese Galaxien wachsen und wie sie sterben; sie verschlingen Gas und Sterne.
Sie sind außerdem unglaublich rätselhafte und mysteriöse Objekte,
die auf der Grenze zwischen unseren beiden größten Theorien der Physik leben:
der Relativitätstheorie, welche Gravitation beschreibt,
und der Quantenmechanik, welche die kleinsten Dinge der Welt beschreibt.
Wenn man die fundamentalen Theorien des Universums testen möchte,
sollte man in das extremste Labor des Universums gehen.
Und ein Schwarzes Loch ist genau das.
Doch dieses extreme Labor zu beobachten erfordert ein extremes Instrument.
Die immense Anziehungskraft Schwarzer Löcher ist eine Hürde, wenn man sie direkt betrachten möchte.
Kein Licht kann ihnen entfliehen und sie sind winzig.
Große Mengen von Materie werden in kleine Punkte in der Dunkelheit gequetscht.
Selbst als die Existenz dieser seltsamen Objekte mehr und mehr anerkannt wurde,
blieb es ein unmöglicher Traum, jemals eines direkt zu sehen.
Tatsächlich müsste ein einziges Teleskop, um die notwendige Auflösung zu erreichen, ein Schwarzes Loch zu sehen,
die Größe der Erde haben.
Eindeutig zu groß zum umsetzbar zu sein.
Stattdessen studierten Astronomen jahrzehntelang die Auswirkungen Schwarzer Löcher auf die Materie, die sie umgibt.
Doch der Traum, konkretere Beweise der Existenz dieser exotischen Objekte zu erhalten,
war zu verlockend, um ihn einfach fallen zu lassen.
Wir alle verstehen von einem mathematischen Standpunkt aus, dass Schwarze Löcher existieren,
doch tatsächlich etwas zu sehen ist eine äußerst viszerale Erfahrung
und, meines Erachtens nach, wichtig für die Wissenschaft - und für uns - um daran zu glauben.
In den späten 60ern veränderte eine neue Methode die Astronomie.
Grundlinieninterferometrie ermöglichte es mehreren Teleskopen als Team zu observieren,
was ein größeres, "virtuelles" Teleskop kreierte, welches Einschränkungen der Teleskopgröße überkommen konnte.
Als sich diese Methode weiter verbreitete, wurde es klar, dass es zu einer realen Möglichkeit wurde, ein Foto eines Schwarzen Lochs zu machen.
2009 entstand das Event Horizon Telescope Projekt, das EHT,
um dieses aufregende Ziel zu verfolgen.
Die Event Horizon Telescope Kollaboration ist ein Zusammenschluss von Wissenschaftlern der ganzen Welt,
aus vielen verschiedenen Ländern, Kontinenten und Institutionen, die zusammenarbeiten,
um ein Teleskop von Größe der Erde zu machen, das uns die höchstmögliche Auflösung gibt,
die zur Zeit mit Teleskopen aller Art erreichbar ist.
Es war von Beginn an klar, dass EHT auf einzigartige Probleme stoßen würde.
Doch "sehen heißt glauben" und das Team war hoch engagiert, zum ersten Mal ein Schwarzes Loch zu enthüllen.
Um es herzustellen, wurden acht Teleskope von überall auf der Welt verlinkt.
ESO spielt eine Schlüsselrolle bei zwei dieser Teleskope, beide auf dem Chajnantor Plateau in Chile :
das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array - ALMA -
und das Atacama Pathfinder Experiment - APEX.
Die anderen Teleskope, die das EHT bilden, sind das IRAM 30-metre Teleskop in Spanien,
das Large Millimeter Teleskop in Mexiko,
das Submillimeter Teleskop in Arizona,
das James Clerk Maxwell Teleskop
und das Submillimeter Array - beide in Hawaii -
und schlussendlich das South Pole Teleskop in der Antarktika.
Zusammen können sie eine Auflösung erreichen, die es äquivalent dazu wäre, eine Zeitung in Paris zu lesen, während man in New York sitzt.
Die immensen Herausforderungen des Projekts wurden schnell klar.
Die Teleskope, allesamt hochentwickelte Instrumente, waren nicht gebaut um zusammen zu arbeiten.
Sie als ein miteinander verbundenes Interferometer arbeiten zu lassen, erforderte ein riesiges Team.
Dies sind Ingenieure, Beobachter, Theoretiker - und sie alle arbeiten zusammen
um nicht nur den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs darzustellen, sondern auch um zu verstehen was wir sehen.
Das Projekt brachte mehr als 200 Wisschenschaftler von mehr als 100 Institutionen zusammen,
die aus dem Bauch heraus arbeiten mussten um diese brandneue Organisation aufzubauen.
So ein großes Team, über die Welt verteilt, zu koordinieren war nur eine der großen Herausforderungen.
Bei einem Projekt, das neue Maßstäbe menschlicher Genialität setzt, gibt es viel Spielraum für Dinge, die falsch laufen können.
Und, eins nach dem anderen, taten sie dies auch....
Geräteausfälle.... Stromausfälle... nicht ausreichend Speichermedien um Daten zu sichern...
Unglaublicherweise wurden einige der Wissenschaftler während ihrer Beobachtungen sogar unter vorgehaltener Waffe bedroht....
Bald war das Projekt in einer ernsten Notlage....
Die Standorte der Teleskope brachten große praktische Herausforderungen mit sich.
Die Umgebungen, die am besten sind, um den Nachthimmel zu observieren, sind häufig die schwersten, um Observatorien zu bauen.
Die Teleskope des EHT sind da keine Ausnahme.
Ihre abgelegenen Standorte sind über vier Kontinente verteilt -
einschließlich der Observatorien in der kargen Atacama Wüste in Chile,
einem eisigen Plateau in der Antarktika
und auf einem schlafenden Vulkan in Hawaii.
All diese Teleskope sind fern jeglicher Zivilisation,
wo die Lichter der Stadt nicht den Nachthimmel verschmutzen.
Doch für die Astronomen, die zu diesen Teleskopen ausreisten, um die Daten aufzunehmen,
war Isolation das geringste Problem.
Sehr trockene Orte in großen Höhen sind ideal für Observationen,
da so vermieden werden kann, dass der Wasserdampf in der Atmosphäre das Licht astronomischer Objekte stört.
ALMA und APEX befinden sich auf dem Chajnantor Plateau
auf einer Höhe von 5000 Metern in der kargen Atacama Wüste in Chile,
ein Ort so unwirtlich, dass es als Testgelände für Marsrover genutzt wird.
Wer hier arbeitet, muss Sauerstofftanks verwenden, da die Luft zu dünn zum Atmen ist.
Die Gefahren von Höhenkrankheit wurden ebenfalls von Arbeitern am James Clerk Maxwell Teleskop
und dem Submillimeter Array in der Nähe des Gipfels des schlafenden Vulkans Mauna Kea geteilt.
In dieser exponierten Lage weit über Normal Null
erfuhren Astronomen das Risiko von Dehydrierung und Sonnenstichen.
Am anderen Extrem der Temperaturskala
waren Arbeiter am South Pole Teleskop in der Antarktika
über längere Zeiträume hinweg den Minustemperaturen ausgesetzt.
Hier gab es einzigartige Herausforderungen;
im Winter steigt die Sonne nicht über den Horizont
und schafft somit eine ewige Nacht von sechs Monaten Länge.
Wunderbar für die Teleskope, doch fordert es einen Tribut an die Psyche der Menschen.
Schlaflose Nächte wurden in dieser unfreundlichen Gegend mit Arbeit gefüllt.
Nach fast 10 Jahren an Vorbereitung war das EHT endlich bereit
alle acht Teleskope als ein Instrument zu nutzen.
Am 5. April 2017 wurde das EHT zum ersten Mal auf ein bestimmtes Ziel gerichtet.
M87*, das Schwarze Loch im Zentrum der Riesengalaxie Messier 87, etwa 55 Millionen Lichtjahre von der Erde.
Zu versuchen, in das dunkle Herz einer Galaxie zu schauen, die zehnmillionen von Lichtjahren entfernt ist,
mag wie eine seltsame Enscheidung scheinen.
Es gibt viele Schwarze Löcher näher an unserer Heimat.
Doch M87* wurde sorgsam ausgewählt.
Es hatte zwei große Vorteile:
Es ist eins er größten bekannten Schwarzen Löcher,
was Astronomen eine bessere Chance gab, es zu sehen, als kleine Schwarze Löcher in unserer Nachbarschaft;
und es befindet sich nicht zu weit nördlich oder südlich am Himmel -
- unabdingbar, wenn Teleskope überall auf der Welt es zur selben Zeit observieren müssen.
Als diese schlaflosen Nächte voller Beobachtungen endeten, begann eine neue Arbeitsphase.
Um herauszufinden, was sie gesehen hatten,
mussten Wissenschaftler die Daten akribisch kombinieren und analysieren.
Zwei Verarbeitungszentren, eins in Europa und eins in den USA,
kombinierten eine erstaunliche Menge an Daten -
- ca. 350 Terabyte pro Tag von jedem Teleskop.
Die Daten mussten von Atomuhren synchronisiert werden, die so genau sind,
dass sie nur eine Sekunde alle 10 Millionen Jahre verlieren.
Dann wurden sie auf speziellen heliumgefüllten Festplatten transportiert.
Diese wertvolle Fracht per Hand zu tragen mag wie eine low-tech Lösung wirken,
doch die Festplatten enthielten so viele Daten, dass es beizeiten
die schnellste Datenübermittlung der Geschichte war.
Nach unzähligen Stunden von Arbeit an den Daten, begann sich ein Bild zu zeigen.
Dieses Bild würde hunderten von Wissenschaftlern sagen, ob Jahrzehnte an Arbeit das Unerreichbare erreicht hatten
oder ob es vergeblich war.
Trotz dessen, dass Schwarze Löcher selbst komplett dunkel sind,
beeinflussen sie den Pfad von Photonen in ihrer Umgebung
und Hinterlassen eine unverwechselbare Signatur auf dem Licht der Akkretionsscheibe, welche das Schwarze Loch umgibt
- eine große Scheibe von Materie, die sich allmählich auf ihren Wirt hinzu bewegt.
Die einfallende Materie wird stark konzentriert
was Reibung erzeugt und sie zu einer Art leuchtendes Plasma erhitzt.
Der Pfad des Lichts, welches von diesem leuchtenden Gas ausgeht, wird von Schwarzen Loch bestimmt.
Licht, welches in der Nähe vorbeizieht, wird von der enormen Anziehungskraft gebogen und am Rand vorbeiziehen gelassen,
doch Licht, welches zu nah kommt, wird gefangen und kann nicht mehr entfliehen.
Von der Erde mit Radioteleskopen gesehen,
manifestieren sich diese Auswirkungen als der Schatten des Schwarzen Lochs
- eine dunkle Zentralregion, die sich gegen das leuchtende Plasma abhebt.
Nach zwei Jahren akribischer Berechnungen war das Bild endlich fertig....
Obwohl es von einer erstaunlichen Distanz von 55 Millionen Lichtjahren aufgenommen wurde,
zeigte das Bild eine ringähnliche Struktur mit einer zentralen dunklen Region.
Für das erste Mal in der Geschichte: der Schatten eines Schwarzen Lochs!
Und dann schauen wir auf unsere erste Quelle und sehen diesen Ring.
Wir sehen den Eventhorizont und wir sehen den Schatten und die dunkle Region und du weißt sofort:
wir schauen auf einen Eventhorizont eines Schwarzen Lochs von allen Seiten auf einmal auf diesem ding.
Wir sehen eine Region, an der die Zeit aufhört.
Dies ist ein sehr anderer Teil des Universums, den wir zum allerersten Mal sehen.
Ich meine, das ist genau das, wonach wir gesucht haben, aber nach acht Jahren
und dem ganzen langen Prozess, ein paar Wochen der Bilderstellung und sie zeigten uns genau, was wir wollten.
Ich konnte es nicht fassen.
Nun, ich muss sagen, es hat eine neue Wichtigkeit erreicht,
da wir tatsächlich Bilder haben, die wie die Simulationen aussehen.
Es gibt einen außerordentlichen Zusammenfluss von Theorie und Experiment
und es verspricht enorme Durchbrüche am Horizont.
Diese historische Errungenschaft ist ein großer Meilenstein in unserem sich entwickelnden Verständnis des Universums
und setzt auch ein Vorbild für globale Kooperation in wissenschaftlicher Forschung.
Eins der erhebendsten Dinge ist für mich das Team, das wir aufgebaut haben
und die Tatsache, dass wir etwas tun, was Leute uns gesagt haben, das unmöglich ist
und am Ende des Tages ist es ein unglaubliches Gefühl etwas zu tun, was Leute dir sagen, dass du es nicht tun kannst
und ich denke das ganze Team ist sehr stolz, dass wir so etwas erreicht haben.
Es ist nicht nur für uns, sondern für alle.
Wenn das EHT ausgebaut wird,
wird es uns ermöglichen, die tiefen Fragen zu beantworten, die Wissenschaftler an Schwarzen Löchern so faszinieren:
wie gut bestehen unsere Gesetze der Physik unter den extremsten Konditionen, die wir kennen?
Wie funktioniert die Mechanik von Gas, Strahlung und Partikeln um ein Schwarzes Loch?
Welche Theorien sind korrekt und welche werden an präziseren Beobachtungen zerbrechen?
Nur die Zeit wird zeigen, welche Mysterien das EHT als nächstes aufklären wird.
Transkribiert von ESO; Übersetzt von Dana Wittkowski