Bonn – Dass unsere Milchstraße in ihrem Zentrum ein supermassives Schwarzes Loch beherbergt, ist mittlerweile weitgehend unbestritten. Inzwischen geht es Astronomen vor allem darum, dieses Schwerkraftmonster genauer zu erforschen. Die Zusammenschaltung von Radioteleskopen rund um den Globus, die Very Long Baseline Interferometry (VLBI), macht das möglich. Die einzelnen Teleskope befinden sich auf Bergen und in großer Höhe, um so den Einfluss der Erdatmosphäre auf die hochfrequente Radiostrahlung zu minimieren und auch menschengemachten Radiostörsignalen zu entgehen.

Nun konnte die kompakte Radioquelle Sagittarius A* (Sgr A*), die bisher auf dieses gewaltige Schwarze Loch zurückgeführt werden konnte, mithilfe von derart zusammengeschalteten Teleskopen bei kurzen Millimeterwellenlängen und mit Mikrobogensekunden Auflösung genauer beobachtet werden.

Ultrakompakte, nicht punktförmige Strahlenquelle

Ein internationales Forscherteam hat Sgr A* im Jahr 2013 mit VLBI-Teleskopen an vier verschiedenen Standorten beobachtet. Bei den Teleskopen handelt es sich um Apex in Chile, das Carma-Array in Kalifornien, das James-Clerk-Maxwell-Teleskop (JCMT) und das Submillimeter-Array (SMA), beide in Hawaii, sowie das Submillimeter-Teleskop (SMT, das frühere Heinrich-Hertz-Teleskop) in Arizona. Die Detektionen der Quelle Sgr A* auf Teleskop-Basislinien von bis zu 10.000 Kilometern Länge zeigen dabei eine ultrakompakte, asymmetrische und nicht punktförmige Helligkeitsverteilung.

"Die Einbeziehung des Apex-Teleskops hat die längste Basislinie im Vergleich zu früheren Beobachtungen fast verdoppelt und führt nun zu einer spektakulären Auflösung von nur noch drei Schwarzschildradien", sagt Ru-Sen Lu vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), der Erstautor der aktuellen Veröffentlichung im "Astrophysical Journal". "Die Daten zeigen Details, die kleiner sind als die erwartete Ausdehnung des Materiestrudels rund um das zentrale Schwarze Loch", ergänzt Thomas Krichbaum (ebenfalls MPIfR), der Initiator der Millimeter-VLBI-Beobachtungen mit Apex.

Bessere Bildqualität

Der Standort von Apex auf der Südhalbkugel der Erde ermöglicht eine deutliche Verbesserung der Bildqualität für eine Quelle, die so weit südlich am Himmel steht wie Sagittarius A* (−29 Grad Deklination). Apex ist auch der Wegbereiter für die Teilnahme des großen und extrem empfindlichen Alma-Teleskops an den nun jährlich stattfindenden EHT-Beobachtungen.

"Wir haben in einer Höhe von über 5.000 Metern hart daran gearbeitet, die Ausrüstung zu installieren, die eine Beteiligung des Apex-Teleskops an den 1,3-mm-VLBI-Beobachtungen erst ermöglicht hat", sagt Alan Roy, ebenfalls MPIfR, der technische Leiter des VLBI-Teams am Apex-Teleskop. "Wir sind wirklich stolz darauf, wie gut Apex bei diesem Experiment funktioniert hat."

Ringförmige Struktur

Das Team hat ein Modell für Anpassungsverfahren auf die Beobachtungsresultate angewandt, um die Struktur von Sgr A* auf Skalen bis zu 25 millionstel Bogensekunden zu analysieren. "Wir sind im ersten Schritt davon ausgegangen, wie die Struktur der Quelle in der Nähe des Ereignishorizontes aussehen könnte, und nicht wie vorher nur von allgemeinen Argumenten basierend auf der Form der sogenannten Visibilities", fügt Ru-Sen Lu hinzu. "Es ist sehr ermutigend zu sehen, dass die Anpassung einer ringförmigen Struktur sehr gut mit den Daten übereinstimmt, obwohl auch andere Modelle wie zum Beispiel eine Doppelstruktur möglich sind." Zukünftige Beobachtungen mit dem sich weiter im Aufbau befindenden EHT werden diese Mehrdeutigkeiten beseitigen.

Im galaktischen Zentrum sind das Schwarze Loch und seine Umgebung von dichter interstellarer Materie umgeben, die die Wellenausbreitung der elektromagnetischen Strahlung entlang der Sichtlinie beeinflusst. Das führt zur sogenannten interstellaren Szintillation, die die Schärfe der Kartierung beeinträchtigen kann. "Wir konnten jedoch zeigen, dass dieser Effekt bei den kurzen Millimeterwellenlängen keine wesentliche Rolle spielt", sagt Dimitrios Psaltis von der Universität von Arizona, wissenschaftlicher Leiter beim EHT.

"Die Ergebnisse stellen einen wichtigen Schritt im weiteren Aufbau des Event-Horizon-Teleskops dar", sagt Sheperd Doeleman vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, der Direktor des EHT-Projekts. "Die Analyse neuer Beobachtungen, die seit 2017 sowohl Apex als auch Alma einschließen, werden uns unserem Ziel näherbringen, das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße direkt abzubilden." (red, 27.5.2018)