Ein zweites Bild von M87*, dem ersten schwarzen Loch, das von der Menschheit gesehen wurde, als es im April 2018 erschien (Bildnachweis: EHT Collaboration)
Forscher in Südkorea entwickeln eine Satellitenkonstellation, die wie nie zuvor enthüllen könnte, was in der Nähe von supermassiven schwarzen Löchern vor sich geht.
Die Konstellation mit dem Namen Capella ist eine Idee des Astronomieprofessors Sascha Trippe von der Seoul National University. Als Experte für Schwarze Löcher ist Trippe frustriert über die Grenzen der vorhandenen Instrumente zur Beobachtung Schwarzer Löcher und besorgt darüber, dass die Forschung bald in eine „Sackgasse“ geraten könnte, wenn keine großen technologischen Fortschritte gemacht werden.
Als 2019 das allererste Bild eines supermassiven Schwarzen Lochs – desjenigen im Zentrum der Galaxie Messier 87, die etwa 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist – der Weltöffentlichkeit präsentiert wurde, sorgte es für Aufsehen. Es zeigte einen glühenden Ring in Form eines Donuts, der einen unheimlichen dunklen Fleck umschließt. Es bestätigte, dass Schwarze Löcher, diese verblüffenden Hotspots der Schwerkraft, die so stark sind, dass nicht einmal Licht aus ihnen entweichen kann, tatsächlich existieren. Im Jahr 2022 folgte ein Bild des schwarzen Lochs im Zentrum unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße. So fesselnd die Bilder auch waren, für Forscher wie Trippe waren sie bei weitem nicht perfekt.
Diese Unzulänglichkeiten sind das Ergebnis der Beschränkungen des Event Horizon Telescope (EHT), eines planetenweiten Netzwerks von Radioteleskopen, das dank einer Technik, die als „very long baseline interferometry“ bekannt ist, wie ein einziges planetenweites Observatorium funktioniert.
„Das Problem ist, dass jedes Antennenpaar [des EHT] zu einem bestimmten Zeitpunkt nur einen Punkt des Zielbildes misst“, so Trippe gegenüber kosmischeweiten.de. „Am Ende hat man ein Bild, das größtenteils leer ist und eine Menge Verarbeitung erfordert. Aus diesem Grund entgeht uns eine Menge Struktur, weil Merkmale unter einer bestimmten Größe einfach nicht abgebildet werden können.“
So wissen die Astronomen zum Beispiel, dass ein starker Strahl aus heißem Gas mit Lichtgeschwindigkeit aus dem Schwarzen Loch Messier 87 herausschießt. Dieser Strahl ist jedoch auf dem berühmten Bild von 2019 nicht zu sehen.
Eine Möglichkeit, die Auflösung von Bildern schwarzer Löcher zu verbessern, ist die Messung von Radiosignalen, die höhere Frequenzen und damit kürzere Wellenlängen haben. Dies ist jedoch von der Oberfläche unseres Planeten aus nicht möglich, da der in der Erdatmosphäre vorhandene Wasserdampf dieses Signal größtenteils absorbiert.
Radioteleskope auf Satelliten hätten einen ungehinderten Blick auf diese Art von Strahlung. Außerdem würden sie zwei weitere Probleme lösen. Die von Trippe und seinen Kollegen geplante Capella-Satellitenkonstellation würde aus vier Satelliten bestehen, die in einer Höhe zwischen 280 und 370 Meilen (450 und 600 Kilometer) kreisen.
Da das Netzwerk von Radioteleskopen in der Umlaufbahn nicht mehr durch den Umfang des Planeten begrenzt ist, hätte es – dank der Interferometrietechnik – einen größeren Durchmesser als das planetenweite EHT und würde somit eine bessere Bildqualität und eine bessere Auflösung liefern. Da sich die Satelliten um den Planeten bewegen und ihn mehrmals am Tag umkreisen, hinterlassen ihre Messungen keine leeren Stellen, anders als das spärliche Netz der erdgebundenen EHT-Teleskope.
Die vorgeschlagene kleine Satellitenkonstellation Capella könnte die Vorgänge um Schwarze Löcher in noch nie dagewesenem Detail abbilden. (Bildnachweis: Sascha Trippe)
Trippe sagt, dass das System ein völlig neues Fenster zu den Vorgängen in der Nähe der Ereignishorizonte schwarzer Löcher öffnen würde, den Grenzen, über die hinaus nichts entweicht.
„Wir würden wirklich gerne verstehen, wie sich die relativistischen Jets aus dem vom Schwarzen Loch akkretierten Gas bilden“, so Trippe. „Aber dafür sind Beobachtungen in Auflösungen erforderlich, die derzeit unmöglich sind und nur von einem weltraumgestützten Radiointerferometer wie der Capella-Konstellation bewältigt werden könnten.“
Das System zur Beobachtung Schwarzer Löcher in der Umlaufbahn könnte Schwarze Löcher in nahe gelegenen Galaxien viel schneller abbilden als das erdgebundene EHT und genauere Schätzungen ihrer Massen liefern. Es würde den Forschern auch helfen, die Prozesse zu verstehen, die im Inneren der glühenden Ringe ablaufen, die diese schwarzen Löcher umgeben, so Trippe.
Wissenschaftler haben bisher noch nicht versucht, viele Radioteleskope in die Umlaufbahn zu bringen. Aufgrund der langen Wellenlängen der Radiosignale müssen die Empfangsantennen recht groß sein und können daher nicht ohne weiteres ins All geschossen oder aufgestellt werden. Dank des technischen Fortschritts ist Trippe jedoch der Ansicht, dass ein bescheidenes Radioobservatorium in einen 500 Kilogramm schweren Satellitenbus passen könnte.
„Die Technologie ist erst jetzt verfügbar, so dass wir diese Systeme tatsächlich ausreichend klein und ausreichend billig bauen können“, so Trippe.
Er geht davon aus, dass das gesamte System nicht mehr als 500 Millionen Dollar kosten wird. Die kürzlich gegründete koreanische Luft- und Raumfahrtbehörde hat ihr Interesse an dem Projekt bekundet, so Trippe, und wird im nächsten Jahr über die Bereitstellung von Mitteln entscheiden. Wenn alles gut geht, könnten die Wissenschaftler schon Anfang der 2030er Jahre mehr Licht in die unersättlichen Monster in den galaktischen Zentren bringen.
Trippe und sein Team stellten das Konzept in einem auf arXiv veröffentlichten Papier vor.
