Müllschlucker im Zentrum der Galaxis

In dem Film „Star Trek IV” verschlägt es das Raumschiff „Enterprise” ins Zentrum unserer Galaxis. Dort stoßen Captain Kirk, Mr. Spöck & Co auf eine scheinbar übermächtige Intelligenz, die sich als Gott ausgibt. In Wahrheit jedoch ist dieses Wesen im galaktischen Zentrum gefangen und möchte mit Hilfe der „Enterprise” aus seinem Gefängnis entkommen, um dann allerlei Böses über die Milchstraße zu bringen. Kirk, seit jeher skeptisch gegenüber anmaßender Autorität, kommt dem Hochstapler auf die Schliche; die Bordwaffen der Enterprise befördern den vorgeblichen Gott ins Jenseits, die „Enterprise” verläßt das Zentrum der Milchstraße und fliegt neuen Abenteuern entgegen.

In Wirklichkeit könnte selbst ein Raumschiff vom Kaliber der „Enterprise”, das einmal im Zentrum der Milchstraße gelandet ist, nie wieder auf die Erde zurückkehren. Im galaktischen Zentrum befindet sich nämlich ein riesiges Schwarzes Loch - eine unentrinnbare Gravitationsfalle. Die Anziehungskraft eines Schwarzen Loches ist so groß, daß es alles, was ihm zu nahe kommt, verschluckt und nie wieder freigibt. Sogar Licht verschwindet für immer in einem Schwarzen Ioch. Schwarze Löcher sind „kosmische Müllschlucker”, „Sammelbecken, wo Materie und Energie aus dem Verkehr gezogen werden”, wie die beiden Physiker Mitchell Begelman und Martin Rees in ihrem gerade erschienenen Buch „Schwarze Löcher im Kosmos” (Spektrum Akademischer Verlag) formulieren.

„Bis jetzt war es im Prinzip nur eine Vermutung - nun aber haben wir den Beweis”, frohlockte Reinhard Genzel, Direktor des Max Planck-Institutes für extraterrestrische Physik in Garching nahe München, im Juli bei einem Vortrag in Wien: Mit allen Tricks und Kniffen, die der heutigen Astrophysik zur Verfügung stehen, haben er und sein Team nach vierjähriger Arbeit erstmals die Existenz eines Schwarzen Loches bewiesen -jenes im Zentrum unserer Galaxis.

Schon seit Jahrzehnten hatten Wissenschaftler Schwarze Löcher im Kosmos vermutet, schließlich ist deren Existenz eine logische Folge der Gravitationstheorie: Massen haben die Eigenschaft, sich gegenseitig anzuziehen. Je größer eine Masse, desto größer die Anziehungskraft. Das Maß für die Stärke der Gravitation ist die Geschwindigkeit, um von einer Masse loszukommen: Eine Rakete, die von der Erde zum Mars fliegt, muß mit einer Geschwindigkeit von mindestens 40.000 Kilometern pro Stunde dahin-düsen, um nicht wieder auf die Erde zurückzufallen. Um der Gravitation der Sonne zu entgehen, muß ein Raumschiff mehr als hundertmal so schnell fliegen. Wenn die Masse eines Himmelskörpers so groß ist, daß selbst die Lichtgeschwindigkeit nicht ausreicht, um seiner Anziehung zu entkommen, dann könnte kein noch so starker Antrieb ein Raumschiff von ihm fortbringen - denn nichts kann sich schneller als Licht fortbewegen. Solche Objekte blieben lange Zeit rein hypothetisch. 1968 gab ihnen der Physiker John Ar-chibald Wheeler den klingenden Namen „Schwarze Löcher”. Seither werden immer wieder Himmelskörper entdeckt, bei denen gute Chancen bestehen, daß es sich bei ihnen um Schwarze Löcher handeln könnte.

Der Tod von Sternen

Jedes Schwarze Loch war früher einmal ein Stern. Sterne entstehen aus riesigen Materiewolken, die sich unter Einfluß der Gravitation immer mehr verdichten und dabei immer heißer werden. Schließlich wird die Temperatur im Inneren der Wolke so groß, daß Wasserstoffatome beginnen, miteinander zu fusionieren - der Stern ist geboren. Der Druck, der durch die Kernfusion entsteht, wirkt der Gravitation entgegen: Solange das Sonnenfeuer brennt, wird der Stern nicht mehr dichter. Früher oder später jedoch ist der Brennstoff jedes Sternes verbraucht; die Kernfusion erlischt und nun kann die Macht der Gravitation ungehindert walten. Sterne mit der Masse unserer Sonne werden auf eine Dichte komprimiert, die etwa eineinhalbmillionenmal größer ist als die von Wasser. Sie enden als „Weiße Zwerge”, Sternenkadaver so groß wie die Erde. Ein Stern, der l,4mal so schwer ist wie die Sonne, wird aufgrund der Gravitation auf eine Größe von zehn bis 20 Kilometern zusammengepreßt. Dabei verschmelzen die Protonen und Elektronen zu Neutronen, aus dem Stern wird gewissermaßen ein riesiger Atomkern aus 10i7 Neutronen (das ist eine Ziffer mit 57 Nullen). Daher heißt dieser Himmelskörper „Neutronenstern”. Seine Massenanziehung ist so groß, daß eine Rakete mit halber Lichtgeschwindigkeit fliegen müßte, um von ihm loszukommen.

Jeder Stern, der mehr als drei Sonnenmassen auf die Waage bringt, wird nach Erlöschen der Kernfusion so dicht zusammengequetscht, daß die Materie jegliche Struktur verliert. Sie wird auf einen einzigen Punkt reduziert, der als „Singularität” bezeichnet wird. Die Gravitation der Singularität ist so groß, daß sie alles, was sich in einem bestimmten Umkreis um sie herum befindet, unweigerlich anzieht. Kein Lichtstrahl entkommt aus der unmittelbaren Nähe der Singularität. Ein Schwarzes Loch tut sich auf: Der ehemalige Stern wird unsichtbar, er verschwindet hinter dem „Horizont”. 1 )er Horizont ist jener Radius um die Singularität, bei dem Licht gerade noch der gewaltigen Anziehungskraft entfliehen kann. Was jenseits des Horizonts liegt, entzieht sich jeglicher Beobachtungsmöglichkeit. „Was da drinnen ist, darüber kann die Physik nichts sagen”, weist Reinhard Genzel alle Spekulationen über das Innere eines Schwarzen Loches zurück.

Relativ leichte Schwarze Löcher -Überreste massereicher, ausgebrannter Sterne - gibt es wahrscheinlich zuhäuf im gesamten Universum. Doch die Astrophysiker sind davon überzeugt, daß sich im Zentrum vieler Galaxien um etliches schwerere Schwarze lücher befinden. Betrachtet man die Photographie einer Galaxie ähnlich der Milchstraße genauer, so erkennt man sofort, daß die Sternenkonzentration zum Zentrum hin zunimmt. Im Kern der Milchstraße etwa stehen die Sterne 300mal dichter zusammen als in der Nachbarschaft der Sonne. Der Kern einer Galaxie ist ein eher unwirtlicher Platz: Sterne wirbeln aufgrund ihrer gegenseitigen Anziehung mit Geschwindigkeiten von bis zu mehreren hundert Kilometern pro Sekunde wild durcheinander. Etwa alle 10.000 Jahre stoßen zwei von ihnen zusammen. Daß sich dabei große Zusammenballungen von Massen bilden, ist unvermeidlich. „Es sollte uns nicht überraschen, wenn wir sehr massereiche Schwarze Löcher - vielleicht mit Millionen oder sogar Milliarden Sonnenmassen - in den Kernen vieler Galaxien vorfänden”, bekennen Begelman und Bees.

Im Kern der Galaxis

Ein solches Schwarzes Loch haben die Forscher des Max Planck-Instituts für extraterrestrische Physik nun erstmals nachgewiesen: im Kern unserer eigenen Galaxis, der nur 25.000 Lichtjahre entfernt ist - für kosmische Maßstäbe eine kurze Distanz. Der Nachweis war nicht einfach zu führen, denn interstellarer Staub, der Licht und ultraviolette Strahlung nicht durchläßt, verhindert die Sicht auf das Zentrum der Milchstraße. Nur Infrarot-, Radio-, Röntgen- und Gammastrahlen können die galaktischen

Schmutzschichten überwinden.

„SgrA*” („Sagittarius A-Stern”) -. diesen wenig klingenden Namen trägt ein Objekt im galaktischen Kern, von dem Radiowellen ausgehen. Eine Spektralanalyse dieser Strahlung ergibt, daß extrem heiße Gaswolken mit sehr hoher Geschwindigkeit um „SgrA*” wirbeln. Obwohl dieses Objekt tausendmal heller strahlt als die Sterne in seiner unmittelbaren Umgebung, ist es kleiner als der Erdbahndurchmesser; das heißt es ist auf jeden Fall sehr kompakt. Schon seit Jahren war eine heiße Debatte im Gange, ob es sich bei „SgrA*” nicht um ein Schwarzes Loch handeln könnte.

Kulturelle Bedeutung

Vier Jahre lang beobachteten die Forscher des Max Planck-Instituts die Umgebung dieses Objekts mit einem hochmodernen Infrarot-Teleskop. Indem durch eine neu entwickelte Methode das störende Flimmern der Erdatmosphäre gleichsam weggerechnet wurde, entstanden Bilder von noch nie dagewesener Schärfe. Das Ergebnis: Innerhalb der vier Jahre hatten die Sterne in der Nähe von „SgrA*” ihre Position geändert. Der daraus errechnete Bewegungsverlauf der Sterne läßt nur einen Schluß zu: Sie umkreisen allesamt ein sehr kompaktes Objekt mit der enormen Masse von 2,5 Millionen Sonnen — „SgrA*” ist also ein Schwarzes Loch. Nach kosmischen Maßstäben nimmt es sich bescheiden aus: Die Physiker schätzen, daß sich normalerweise Ungetüme mit der Masse von rund hundert Millionen Sonnen im Zentrum von Galaxien befinden.

Einer von Reinhard Genzels Zuhörern - der Vortrag fand in den Räumlichkeiten der Bank Austria statt - betrachtete die Erforschung des Weltraumes und der Schwarzen Löcher vor allem von der ökonomischen Seite: „Welchen Nutzen haben denn all diese, sehr teuren, Unternehmungen für das alltägliche Leben?” Genzel, ein eloquenter, abgeklärter Mittvierziger, lächelte nur kurz: „Keinen. Doch solange Fragen wie ,Woher kommen wir' noch aktuell sind, solange werden sich die Menschen auch mit so nutzlosen Dingen beschäftigen wie mit Schwarzen Löchern”.