Welt des Staunens

Universum & Physik

Wie breit ist der Schatten eines Schwarzen Lochs?

Als die Event-Horizon-Telescope-Kollaboration im April 2019 das erste Bild eines Schwarzen Lochs präsentierte, war darauf ein unscharf wirkender, leuchtender Ring zu sehen. Sein dunkles Zentrum wird häufig schlicht als „das Schwarze Loch“ bezeichnet. Für den Größenvergleich ist diese Unterscheidung wichtig: Das Bild zeigt den Schatten, den die starke Gravitation im Licht der umgebenden heißen Materie erzeugt. Der Schatten und die Grenze des Schwarzen Lochs, der Ereignishorizont, sind nicht identisch.

Das abgebildete Objekt heißt M87* und befindet sich im Zentrum der Galaxie Messier 87, etwa 55 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Seine Masse beträgt ungefähr das 6,5-Milliardenfache unserer Sonnenmasse. Laut Europäischer Südsternwarte misst sein Schatten knapp 40 Milliarden Kilometer im Durchmesser. Das Ereignishorizontgebiet ist dem zugrunde liegenden Modell zufolge etwa zweieinhalbmal kleiner.

Was bedeuten 40 Milliarden Kilometer? Neptun kreist in einem durchschnittlichen Abstand von rund 4,5 Milliarden Kilometern um die Sonne. Seine gesamte Bahn hat also einen Durchmesser von ungefähr neun Milliarden Kilometern. Der Schatten von M87* wäre damit etwa 4,4-mal so breit wie dieser Kreis. Legte man ihn auf eine Zeichnung des Planetensystems, würde die Neptunbahn bequem mehrfach hineinpassen.

Gleichzeitig ist M87* von der Erde aus winzig. Seine enorme Entfernung lässt den Schatten unter einem Winkel von nur wenigen Dutzend Mikro-Bogensekunden erscheinen. Um solche Strukturen aufzulösen, verbanden Forschende Radioteleskope an verschiedenen Orten der Erde rechnerisch zu einem Instrument von planetarer Ausdehnung. Ohne diese Methode wäre das berühmte Bild nicht möglich gewesen.

Der Vergleich erzählt deshalb zwei Größenordnungen zugleich: In Kilometern übertrifft der Schatten den vertrauten Planetenteil unseres Sonnensystems deutlich; am Himmel ist er so klein, dass selbst ein einzelnes großes Teleskop ihn nicht auflösen könnte.

Genau genommen
Schatten ≠ Ereignishorizont ≠ heller Emissionsring. Werte sind modellgestützte Größenordnungen, die Bahn ist leicht elliptisch, und ein überlagertes Bild ist kein physikalisches Einsetzen eines Schwarzen Lochs ins Sonnensystem.

Datenstand: EHT-Beobachtungen 2017, Veröffentlichung und ESO-Größenvergleich 2019

So wurde gerechnet

M87*-Schatten ≈ 40 × 10^9 km; Neptun-Halbachse ≈ 4,5 × 10^9 km, Bahndurchmesser ≈ 9 × 10^9 km; Verhältnis 40 / 9 ≈ 4,4. Ereignishorizont-Durchmesser im ESO-Vergleich ≈ 40 / 2,5 = 16 Mrd. km.

Das ergänzende Experiment oder Schaubild ist mit JavaScript verfügbar.

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