Buchauszug „Licht im Dunkeln“: Expedition in das dunkle Zentrum der Galaxien

Im April 2019 starrten Milliarden von Menschen fasziniert auf ein Bild: Darauf war ein leuchtender Ring zu sehen. In der Mitte: ein schwarzes Loch. Es war die erste Aufnahme eines solchen Weltraumwunders. Milliarden von Menschen auf der ganzen Welt waren sowohl begeistert als auch ein wenig besorgt über das Zeugnis dieses vielleicht gruseligsten Ortes im Universum.

Schwarze Löcher entstehen, wenn große Sterne sterben. Dann kollabiert ihre Masse zu einem winzigen Punkt, ohne ihre starke Gravitationskraft zu verlieren. Das Bild des Schwarzen Lochs in der Galaxie M87 wurde mit dem Event Horizon Telescope (EHT) aufgenommen. Dahinter verbirgt sich ein globales Netzwerk von Teleskopen, die von einem ganzen Kollektiv von Hunderten von Astronomen miteinander verbunden wurden, um in das Herz von Galaxien zu schauen.

Acht Radioteleskope an abgelegenen Orten auf der ganzen Welt wie der Antarktis oder der chilenischen Atacama-Wüste wurden zu einer globalen Beobachtungsstation. Das sensationelle Bild wurde später am Computer erstellt – es wurde in einem komplizierten Prozess aus den Daten der einzelnen Messungen zusammengestellt.

Einer der führenden EHT-Forscher ist der deutsche Astronom Heino Falcke von der Radboud-Universität Nimwegen in den Niederlanden. Er hatte die Idee für das Bild und arbeitete jahrelang mit Kollegen an der Umsetzung. In seinem Buch „Licht im Dunkeln“ (erscheint am 24. Oktober), das zusammen mit SPIEGEL-Redakteur Jörg Römer entstanden ist, erzählt er unter anderem von den verschiedenen Messexpeditionen, die er erlebt hat. Hier können Sie ausschließlich einen abgekürzten Auszug lesen:

Wenn alles endlich vorbereitet ist, schwärmt unsere erste große Expedition in alle Länder. Ende März 2015 wollen wir weltweit möglichst viele Teleskope miteinander verbinden. Ich reise in die USA zum Submillimeter Telescope (SMT) in Arizona, auf den Gipfel des Mount Graham. Ich fahre von Tucson durch die abenteuerliche Landschaft des amerikanischen Südwestens. Vorbei an schroffen Felsen, Kakteen, kleinen Siedlungen transportabler Holzhütten und einem amerikanischen Wüstengefängnis, das auf Schildern vor entkommenen Gefangenen warnt.

Dann beginnt das Abenteuer mit der Fahrt den Berg hinauf entlang des Arizona Highway 366: Mit meinem riesigen roten Ford RAM-Pick-up fährt er von 1000 Metern auf dem Plateau zum 3200 Meter hohen Gipfel. Dort befindet sich das Teleskop auf einem kleinen Bergplateau. Die letzten Höhenmeter sind besonders steil und schmal, so dass der schmale Weg jeweils nur von einem Fahrzeug befahren werden kann. Ich benutze das Radio, um nachzufragen, ob der Weg frei ist, und melde mich: „Ein Fahrzeug fährt die Zufahrtsstraße hinauf“ – und beschleunige. Der SUV schaukelt hin und her, während er sich die Serpentinen hinaufkämpft. Dann stehe ich plötzlich vor dem Teleskop.

Die 135-Tonnen-Konstruktion ist beeindruckend. Unterkunft und Küche sind im Fundament. Der obere, drehbare Teil des Gebäudes beherbergt das Teleskop und die Instrumente. Die Vorderwand und die Decke des Hauses können geöffnet werden. Auf der Ebene direkt unter der Schüssel befindet sich eine kleine Brüstung und der Kontrollraum, die über eine Treppe erreichbar sind.

Beide drehen sich mit dem äußeren Teil des Gebäudes, wenn das Teleskop seine Position ändert. Dies führt immer zu Verwirrung, da sich die Treppen mit dem Teleskop während der Beobachtungen immer etwas weiter bewegen, wenn eine neue Position am Himmel angestrebt wird. Immer wenn ich die Küche oder das Schlafzimmer verlasse, muss ich wieder nach diesen Treppen suchen, um nach oben zu gelangen – es ist verrückt!

Der Berg ist ein idealer Ort, um den Himmel zu beobachten, da die Konzentration von störendem Wasserdampf in der Atmosphäre hier oben viel geringer ist. Für manche Menschen ist die dünne Luft gewöhnungsbedürftig, sie werden ziemlich kurzatmig. Ich habe auch leichte Kopfschmerzen, aber zum Glück kann ich die Treppe im Observatorium gut hinaufsteigen. Wegen der niedrigen Luftfeuchtigkeit bekomme ich einen trockenen Hals und raue Haut – das Schicksal des Astronomen.

Sogar meine Vorräte bemerken den Unterdruck: Der Beutel mit den Chips wird plötzlich gesprengt und mein Deo zum Aufrollen schießt mit einem lauten Knall auf mich, wenn es geöffnet wird. Hoffentlich wird es in den kommenden Tagen nicht zu warm – ich schwitze besser nicht.

Auf dem Gipfel des Mount Graham bin ich von einem duftenden Tannenwald umgeben. Eine Lichtung zeigt das erhebende Panorama der dünn besiedelten Weiten unter mir und des klaren Himmels über mir. Als Radioastronom wünscht man sich einen wolkenlosen Himmel, damit die Wellen die Schalen so ungehindert wie möglich durch die Atmosphäre erreichen. Normale Radiowellen dringen leicht in die Wolken ein; Die kurzen Wellen, die wir beobachten möchten, werden jedoch vom Wasserdampf in der Luft und in den Wolken absorbiert.

Es ist wirklich ein langer Weg, bis ein Bild aus dem Radiolicht schimmert, damit es anderen Astronomen, Physikern und der Weltöffentlichkeit gezeigt werden kann. Aber es ist eine besondere Erfahrung, wenn sich das Universum offenbart.

Der Parabolspiegel des Teleskops sammelt zunächst die Radiowellen aus dem Weltraum und fokussiert sie. Für unsere Wellenlänge muss der Spiegel über seine gesamte Größe mit einer Genauigkeit von weniger als 40 Mikrometern eingestellt werden. Die Wellen kehren über den Sekundärspiegel, der an vier Streben vor dem Teleskop hängt, zur Empfängerkabine hinter der Schüssel zurück. Dort werden sie über ein Metallhorn in den Wellenleiter des Empfängers eingespeist. Das Horn übernimmt grundsätzlich die Funktion des Ohrhörers eines alten Grammophons.

Chef im Kontrollraum

Wer als Astronom mit einem Teleskop arbeiten will, sollte sich auf keinen Fall mit einer Person anlegen: dem Chirurgen. Er bedient das Teleskop und steht am Steuer wie ein Kapitän auf seinem Dampfer. Er steuert die Schüssel von seinem Kommandoraum aus, wo er vor einer Wand aus Bildschirmen sitzt. Am Submillimeter-Teleskop waren immer zwei Chirurgen gleichzeitig auf dem Berg, die sich mit zwölfstündigen Schichten abwechselten. Sie kamen aus der Gegend und waren an das einsame Leben auf dem Mount Graham gewöhnt, was in der Sprache der Apachen „großer sitzender Berg“ bedeutet.

Bei der Messung kann der Chirurg das virtuelle Ruder den anwesenden Astronomen überlassen, nimmt es jedoch sofort zurück, wenn Probleme auftreten oder starker Wind den weiteren Betrieb verhindert. In VLBI-Experimenten, bei denen mehrere Teleskope gleichzeitig an verschiedenen Orten miteinander verbunden sind, gibt es für jedes Teleskop einen strengen Zeitplan, den wir einhalten müssen – es ist im Prinzip automatisiert, schließlich sollten alle Teleskope alle angestrebt werden die gleiche Radioquelle genau auf die Sekunde und zur gleichen Zeit wird. Um Verwechslungen mit Zeitzonen zu vermeiden, werden alle Zeiten in der Weltzeit angegeben – der Zeitzone des Royal Greenwich Observatory in England, das längst zu einem Museum geworden ist.

Während der Messungen beobachten wir nicht nur den Kern unserer Milchstraße oder den der M87-Galaxie. Dazwischen schwenken die Funkschalen auf Kalibrierquellen immer wieder, um die Messempfindlichkeit unserer Teleskope zu bestimmen. Wir verwenden dafür oft verschiedene bekannte Quasare oder Galaxien. Dazu gehört beispielsweise die 3C 84-Galaxie im Perseus-Cluster, 240 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt, die der deutsch-britische Astronom Wilhelm Herschel Ende des 18. Jahrhunderts am Himmel entdeckte. Es ist eine zuverlässige und starke Radioquelle.

Das Ändern der Blickrichtung der Schüssel kann einige Minuten dauern. Während dieser Zeit hatten die Betreiber in Arizona einen kleinen Knebel: Wenn sich das Teleskop bewegt, spielt die lebhafte Melodie „Classical Gas“ aus dem australischen Film „The Dish“ im Kontrollraum und in der Küche. Der Film handelt vom Empfang der ersten Fernsehbilder der Apollo 11-Mondlandung mit einem Teleskop in Australien. Jeder, der jemals Sterne oder Schwarze Löcher auf dem Mount Graham beobachtet hat, wird diese eingängige Melodie niemals los.