Radioteleskope rund um den Globus vernetzt

Erstmals wollen sich Forscher ein Bild vom Herz unserer Galaxie machen. Ein welt­weiter Verbund von Radio­antennen wird das dort vermutete schwarze Loch von morgen bis zum 14. April unter die Lupe nehmen. Dieses Event Horizon Tele­scope verbindet Obser­vatorien auf der ganzen Welt zu einem Riesen­teleskop, von Europa über Chile und Hawaii bis hin zum Südpol. Das 30-Meter-Teleskop des Instituts für Radio­astronomie im Millimeter­bereich IRAM in der spanischen Sierra Nevada, einer von der Max-Planck-Gesell­schaft mitfinan­zierten Einrichtung, nimmt als einzige Station in Europa an der Beobachtungs­kampagne teil. Auch das Max-Planck-Institut für Radio­astronomie ist in die Messungen eingebunden.

Eine Möglich­keit für den direkten Nachweis von Schwarzen Löchern bietet der Moment, in dem angezogene Materie den Ereignis­horizont überquert. Dann gibt sie der Theorie zufolge intensive Strahlung ab und damit ein letztes Zeugnis ihrer Existenz. Diese Strahlung lässt sich unter anderem bei Radio­wellen im Millimeter­bereich regis­trieren. Auf diese Weise sollte es möglich werden, den Ereignis­horizont eines schwarzen Lochs abzubilden.

Das Event Horizon Tele­scope (EHT) will genau das versuchen. Ein Hauptziel des Projekts ist das rund 26.000 Licht­jahre von der Erde entfernte, etwa 4,5 Millionen Sonnen­massen schwere schwarze Loch im Zentrum unserer Milch­straße. Aufgrund der großen Distanz erscheint das Objekt jedoch unter einem extrem kleinen Winkel. Eine Lösung für dieses Problem bietet die Inter­ferometrie. Statt ein riesiges Teleskop zu verwenden, kombiniert man mehrere Observa­torien so, als wären sie kleine Einzel­teile einer einzigen gigan­tischen Antenne. Auf diese Weise können Wissen­schaftler ein Teleskop simulieren, das dem Umfang unserer Erde entspricht. Je größer das Teleskop, desto feinere Details lassen sich beobachten; die Winkel­auflösung nimmt zu.

Das EHT-Projekt macht sich diese Beobachtungs­technik zunutze und wird bei einer Frequenz von 230 Gigahertz, entsprechend einer Wellen­länge von 1,3 Milli­metern, im Interfero­metrie-Modus beobachten. Die maximale Winkel­auflösung dieses welt­umspannenden Radio­teleskops liegt bei 26 Mikro-Bogen­sekunden. Das entspricht der Größe eines Golfballs auf dem Mond oder der Breite eines mensch­lichen Haares, gesehen aus 500 Kilo­metern Ent­fernung.

Derlei Messungen an der Grenze des Beobacht­baren sind nur unter opti­malen Bedin­gungen möglich, das heißt, in trockenen hohen Lagen. Diese bietet das IRAM-Observa­torium mit seiner 30-Meter Antenne auf dem 2800 Meter hohen Berg Pico Veleta in der spa­nischen Sierra Nevada. Seine Empfindlich­keit wird nur noch von dem aus 64 Einzel­teleskopen bestehenden Atacama Large Milli­meter Array ALMA übertroffen, das auf dem 5000 Meter hohen Chaj­nantor-Plateau in den chile­nischen Anden ins All blickt. Auf dem Plateau steht auch die vom Max-Planck-Institut für Radio­astronomie betreute und an dem EHT-Projekt ebenfalls beteiligte Antenne namens APEX.

Das Bonner Max-Planck-Institut ist zudem mit der Daten­verarbeitung an dem Event Horizon Telescope beteiligt. Dafür nutzen die Forscher zwei Super­rechner; einer befindet sich in Bonn, der andere am Haystack Obser­vatory in Masachus­setts in den USA. Die Rechner sollen nicht nur Daten vom galak­tischen schwarzen Loch auswerten. Während der Beobachtungs­kampagne vom 4. bis 14. April wollen die Astro­nomen noch mindestens fünf weitere Objekte in Augen­schein nehmen: die Galaxien M 87, Centaurus A und NGC 1052 sowie die Quasare OJ 287 und 3C279.

Vom Jahr 2018 an wird ein weiteres Observa­torium in das EHT-Projekt einsteigen: NOEMA, das zweite IRAM-Observa­torium auf dem Plateau de Bure in den fran­zösischen Alpen. Mit seinen zehn hochempfind­lichen Antennen wird NOEMA das leistungs­fähigste Teleskop des Verbunds auf der nörd­lichen Hemisphere sein.

MPG / JOL