Astrophysiker Genzel: "Die Milchstraße ist unser Testlabor"

Interview25. Mai 2016, 08:00
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1996 konnte Reinhard Genzel erstmals ein Schwarzes Loch nachweisen – im Zentrum unserer Milchstraße

STANDARD: Obwohl die allgemeine Relativitätstheorie die Existenz von Schwarzen Löchern nahelegt, blieben sie lange umstritten; selbst Albert Einstein hat nicht an seine Vorhersage geglaubt – warum?

Genzel: Wenn man die allgemeine Relativitätstheorie testen will, dann muss man wahnsinnig präzise messen. Deswegen hat der Nachweis vieler ihrer Effekte mehrere Jahre gedauert. Es wurde zwar bei einigen astronomischen Objekten 50 Jahre spekuliert, dass es Schwarze Löcher sein könnten. Das war plausibel und sehr überzeugend, aber es ist nicht im Sinne der Physik beweisbar gewesen. Der Umschwung kam erst in den letzten Jahren, fast genau hundert Jahre nachdem Einstein seine Theorie publiziert hatte – jetzt haben wir eine ganze Explosion von Messergebnissen, die die Relativitätstheorie bestätigen, etwa den erstmaligen direkten Nachweis von Gravitationswellen, die beim Verschmelzen zweier Schwarzer Löcher entstanden sind.

STANDARD: Sie haben zu einer Zeit begonnen, Schwarze Löcher zu erforschen, als kaum jemand an sie geglaubt hat – was hat Sie dazu gebracht?

Genzel: Wie Sie wissen, spielt "Glauben" in der Physik keine Rolle. In den 1970er-Jahren entdeckten Astronomen einige interessante Objekte. Das war eine Sensation. Die theoretischen Betrachtungen gingen schnell in die Richtung, dass das Schwarze Löcher sein müssten. Das zu beweisen, daran waren viele Leute sehr interessiert. Aber die Entfernungen sind so groß, dass man an die Objekte nicht genau untersuchen konnte. Eine Publikation kam dann zum Schluss, dass es auch in unserer Milchstraße Schwarze Löcher geben könnte. Und so haben einige Leute – darunter auch ich – begonnen, danach zu suchen.

STANDARD: Wie sind Sie dabei vorgegangen?

Genzel: Ich hatte das Glück, in Berkeley mit dem berühmten Physiker und Nobelpreisträger Charles Townes zusammenzuarbeiten. Er hat die Milchstraße mit Infrarotwellen abgesucht. Das Problem bei der Suche nach dem Schwarzen Loch war technischer Natur. Das Zentrum der Milchstraße ist wahnsinnig nahe: 26.000 Lichtjahre, das ist für uns Astronomen um die Ecke, aber leider sieht man es im optischen Bereich nicht – zu viel interstellarer Dreck ist dazwischen. Das heißt, wir müssen bei Wellenlängen messen, mit denen man durch diesen durchschauen kann, und das geht mit Infrarot oder Radiowellen recht gut. Der Durchbruch kam, als ich zurück in Deutschland war – bei der Max-Planck-Gesellschaft suchten wir mit der Europäischen Südsternwarte die Milchstraße im Infrarot- und Submillimeterbereich ab. So konnten wir ein Objekt genauer messen, von dem die meisten nun überzeugt sind, dass es ein massives Schwarzes Loch ist.

STANDARD: So waren sie maßgeblich am sehr stichhaltigen, aber doch nur indirekten Beweis eines Schwarzen Loches im Zentrum unserer Milchstraße beteiligt – wird es je direkt nachgewiesen werden?

Genzel: Das kommt darauf an, was Sie als direkten Beweis ansehen. Es ist richtig, dass das, was wir bislang gemacht haben, eine Serie von Ausschlüssen ist. Das heißt, man macht Messungen, und dann schließt man eine nach der anderen Alternative aus. Je extremer dieses Ausschlussprinzip funktioniert, und da sind wir jetzt relativ weit, umso plausibler wird das Ergebnis. Das heißt aber nicht, dass nicht noch jemand kommen kann und einen Vorschlag macht, der noch zu testen ist – das ist immer erlaubt in der Naturwissenschaft.

STANDARD: Welche Rückschlüsse lassen sich aus den Messungen des Schwarzen Loches in unserer Milchstraße auf andere Schwarze Löcher ziehen?

Genzel: Für uns ist die Milchstraße nur ein Testlabor. Das Interessante ist, dass jede schwere Galaxie ein Schwarzes Loch hat, und diese haben einen gemeinsamen Lebensweg. Obwohl das Schwarze Loch nur 0,3 Prozent der Masse unserer gesamten Galaxie ausmacht, hat es am Anfang, im Sturm und Drang der Galaxie, einen ganz wesentlichen Einfluss auf diese genommen. Diese Sturm-und-Drang-Zeiten messen wir, denn in der Astronomie können wir Zeitreisen machen, wenn wir in die Ferne schauen. Wir sehen, dass vor zehn, elf Milliarden Jahren – ein paar Milliarden Jahre nach dem Urknall –, Schwarze Löcher in ganz fantastischer Weise mit ihren Galaxien interagiert haben. Die Galaxien haben es möglicherweise verhindert, dass diese Schwarzen Löcher schwerer werden als eine bestimmte Masse. Es gibt da eine Massengröße, die nicht überschritten werden kann.

STANDARD: Was sind die nächsten Schritte in der Erforschung Schwarzer Löcher?

Genzel: Wir wollen künftig Schwarze Löcher in einem Bereich messen, der zuvor nicht zugänglich war, um die allgemeine Relativitätstheorie noch genauer zu testen. Wir erwarten zwar keine Beweise, dass sie total falsch ist, denn es gibt keinen vernünftigen Zweifel an der allgemeinen Relativitätstheorie oder an der Existenz von Schwarzen Löchern. Wir müssen aber fragen, wie genau die Theorie ist. Und das ist durchaus trickreich. Es ist nicht auszuschließen, dass die allgemeine Relativitätstheorie in bestimmten Bereichen leicht geändert werden müsste. Im Groben wird sie sicher bestehen bleiben – auch wenn es immer Menschen gibt, die daran ihre Zweifel haben. Ich bekomme jede Woche einen Brief, in dem steht, was die Relativitätstheorie für ein Unsinn ist.

STANDARD: Welche Fragen bezüglich Schwarzer Löcher sind noch unbeantwortet?

Genzel: Für die theoretischen Physiker besteht die Frage, was im Inneren des Schwarzen Loches los ist. Die allgemeine Relativitätstheorie sagt, dass in einem Schwarzen Loch die ganze Masse im Zentrum mit unendlicher Dichte vorhanden ist. Da sagen alle Physiker, das kann nicht sein. Auch ist der Ereignishorizont von Schwarzen Löchern immer noch ein manifestes Problem. Er wirkt geheimnisvoll – doch das ist er nicht, das ist wie ein Wasserfall: Wenn man über die Grenze hinunterfällt, kommt man nicht mehr wieder hoch.

STANDARD: Erwarten Sie demnächst einen Beitrag zur größten offenen Frage der Physik: zur Vereinigung von Quantenmechanik und Relativitätstheorie?

Genzel: Ich bin überzeugt, da wird es demnächst im theoretischen Bereich einen Erfolg geben. Was noch schwieriger sein wird, ist, wie man das beweisen kann. Eine Theorie ist eine Übergangswahrheit. Man kann nie sagen, dass eine Theorie immer wahr sein würde. Man kann nur sagen, einer bestimmten Aussage, Theorie wurde durch bestimmte Messungen bislang nicht widersprochen.

STANDARD: Schwarze Löcher werden wie kaum ein anderes Phänomen der Physik in der Populärkultur wie Science-Fiction aufgegriffen – werden Sie oft mit der Frage konfrontiert, ob uns bald ein Schwarzes Loch verschlingen wird?

Genzel: Natürlich, wenn ich öffentliche Vorträge halte, kommen diese Fragen immer. Das finde ich toll. Auch wenn man als Laie in der Astronomie nicht alles versteht, ist das Bild einer Galaxie relativ intuitiv. Obwohl diese Dinge sehr weit weg sind, berühren sie Urfragen, die in uns Menschen drinstecken: Woher? Warum? Wie? Schwarze Löcher sind abartige Objekte – da wird man einfach neugierig. Das gibt der Astronomie die Möglichkeit, an ein interessiertes Laienpublikum heranzutreten, und das ist wahnsinnig wichtig. Sonst kann es passieren, dass wir Wissenschafter uns in irgendwelche Spezialbereiche absetzen, und dann ist es kaum mehr möglich, eine Diskussion miteinander zu führen. Wissenschaft und die Bevölkerung müssen mehr miteinander reden. Ich finde es daher toll, dass viele Menschen ein Interesse an Schwarzen Löchern haben. Ich sehe das als eine Brückenfunktion für die gesamte Naturwissenschaft. (Tanja Traxler, 25.5.2016)


Reinhard Genzel (64) ist Direktor des Max-Planck-Instituts für Extraterrestrische Physik in Garching bei München. Für den Nachweis eines Schwarzen Lochs in unserer Milchstraße wurde er mit zahlreichen Preisen wie dem Balzan-Preis, der Albert-Einstein-Medaille und dem Shaw-Preis ausgezeichnet. Vergangene Woche war er auf Einladung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Wien.

Wissen: Einsteins spektakuläre Vorhersage

Der Begriff Schwarzes Loch wurde in den 1960ern von John Archibald Wheeler geprägt – die theoretische Vorhersage Schwarzer Löcher stammt bereits aus Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie von 1916. Ausreichend kompakte Massen können die Raumzeit so stark krümmen, dass Bereiche entstehen, aus denen weder Materie noch Licht entweichen kann – so weit die Vorhersage, an der selbst Einstein Zweifel hatte.

Erst in den 1960ern wurden Schwarze Löcher zu Mainstreamforschungsobjekten, es folgten wichtige Beiträge zu ihrer theoretischen Beschreibung. Dabei spielt der Ereignishorizont eine zentrale Rolle. Dieser stellt eine Grenzfläche in der Raumzeit dar: Ereignisse dahinter kann man von außen nicht beobachten. Materie oder Licht, die den Ereignishorizont eines Schwarzen Loches überschreiten, sind darin gefangen.

Erst in den 1990ern konnten Physiker experimentell indirekt nachweisen, dass es ein Schwarzes Loch im Zentrum unserer Milchstraße gibt: Sagittarius A* ist nach heutigem Wissensstand ein Schwarzes Loch von etwa vier Millionen Sonnenmassen. Reinhard Genzel und Andrea Ghez gelang die Entdeckung unabhängig voneinander in mehrjährigen Beobachtungsreihen an unterschiedlichen Observatorien.

Vergangenen Februar gelang schließlich der erste direkte Nachweis von Gravitationswellen, die bei der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher entstanden sein sollen.

  • Im Zentrum unserer Milchstraße gibt es eine Quelle von Radiowellen, die höchstwahrscheinlich ein Schwarzes Loch ist: Sagittarius A* (SGR A) – hier eine Aufnahme vom Nasa-Röntgenteleskop Chandra.
    foto: nasa/cxc/mit/f.k.baganoff

    Im Zentrum unserer Milchstraße gibt es eine Quelle von Radiowellen, die höchstwahrscheinlich ein Schwarzes Loch ist: Sagittarius A* (SGR A) – hier eine Aufnahme vom Nasa-Röntgenteleskop Chandra.

  • Reinhard Genzel erforscht seit Jahrzehnten Schwarze Löcher.
    foto: christian fischer

    Reinhard Genzel erforscht seit Jahrzehnten Schwarze Löcher.

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