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Schwarzes Loch: Im Herzen der Milchstraße

Am 15. Mai erhält Reinhard Genzel gemeinsam mit seiner amerikanischen Kollegin Andrea Ghez den Crafoord-Preis. Damit würdigt die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften die beiden Wissenschaftler "für ihre Beobachtungen der Sterne, die das galaktische Zentrum umkreisen und damit auf ein extrem massereiches Schwarzes Loch hinweisen". Felicitas Mokler sprach mit dem ausgezeichneten Wissenschaftler über sein Forschungsgebiet.
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Sterne und Weltraum: Herr Genzel, Sie haben kürzlich den Crafoord-Preis erhalten. Diese Auszeichnung wird in Disziplinen vergeben, die der Nobelpreis eher am Rande abdeckt, wie etwa die Astronomie. Wir gratulieren Ihnen dazu ganz herzlich.

Reinhard Genzel: Danke!

Ihre Forschungen zeigen, dass die Milchstraße in ihrem Zentrum ein Schwarzes Loch beherbergt. Nun kann man ein Schwarzes Loch nicht direkt sehen. Was genau haben Sie beobachtet?

Wir haben die Bahnbewegungen einzelner Sterne im galaktischen Zentrum über viele Jahre verfolgt. Von einem Stern haben wir sogar einen vollen Umlauf. Daraus konnten wir schlussfolgern, dass es im galaktischen Zentrum wirklich eine Punktmasse gibt, deren Position mit der Radioquelle Sagittarius A* übereinstimmt, die Radioquelle kompakt ist und sich nicht bewegt. Im Ausschlussprinzip unter der Annahme der allgemeinen Relativitätstheorie muss das ein extrem massereiches Schwarzes Loch sein. Das wird von allen akzeptiert.

Wie ist man überhaupt erst darauf gekommen, nachzusehen, ob es ein zentrales galaktisches Schwarzes Loch gibt?

Eigentlich über die Historie der Quasare: Diese Objekte sind im Grunde besonders leuchtstarke Kerne von sehr weit entfernten Galaxien. Ihre hohe Leuchtkraft ließ sich damit theoretisch erklären, dass sich Materie aufheizt, während sie auf ein Schwarzes Loch großer Masse fällt. Anfang der 1970er Jahre hatten die Astrophysiker Donald Lynden-Bell und Martin Rees spekuliert: Wenn es in diesen Quasaren Schwarze Löcher gibt, dann gibt es die auch anderswo, zum Beispiel in der Milchstraße.

Wann haben Sie selbst damit angefangen, das Zentrum der Milchstraße zu erforschen?

Das war mit meinem Mentor Charlie Townes, 1980 an der University of California in Berkeley. Er hatte die Spektroskopie im mittleren Infraroten entwickelt. Damit ließ sich im galaktischen Zentrum erstmals die Linie von ionisiertem Neon beobachten, die hellste in diesem Spektralbereich. Wir haben dann spektroskopisch Dopplerbewegungen von Gas im Infraroten gemessen. Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass es dort tatsächlich eine konzentrierte Masse geben müsste.

Reinhard Genzel, Direktor am Max-Planck-Iinstitut für extraterrestrische Physik (MPE) und Professor an der University of California in Berkeley, erkundet seit 30 Jahren das Zentrum der Milchstraße. Im Hintergrund zu sehen ist das Very Large Telesope (VLT) der Europäischen Südsternwarte.Laden...
Reinhard Genzel | Der Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) und Professor an der University of California in Berkeley erkundet seit 30 Jahren das Zentrum der Milchstraße. Im Hintergrund zu sehen ist das Very Large Telesope (VLT) der Europäischen Südsternwarte.

Wie zuverlässig waren diese Messungen? Lassen sich Gasbewegungen nicht auch durch andere Effekte als die Gravitation beeinflussen – etwa durch den Strahlungsdruck?

Ja, natürlich. Als dann optische Beobachter erste Messungen von Sternbewegungen in extragalaktischen Systemen unternahmen, galten diese Untersuchungen deshalb auch als zuverlässiger als solche von Gas. Da Sagittarius A* außerdem nicht sehr hell war, wie es auf Grund von Akkretion, dem Aufsammeln von Materie durch die Gravitation, eigentlich zu erwarten gewesen wäre, schien der Fall für das galaktische Zentrum zunächst eher schwächer zu werden.

Deshalb haben Sie mit Ihrer jungen Garchinger Forschungsgruppe neue Beobachtungsmethoden entwickelt?

Damals wurde klar, dass man solche Messungen mit individuellen Sternen im Zentrum der Milchstraße hätte hinkriegen können, um damit eine sicherere Methode in der Hand zu haben. Der Durchbruch kam aber durch die hoch aufgelösten Bilder: Wir konnten relativ sicher darauf bauen, im Laufe von ein paar Jahren die Eigenbewegungen von einzelnen Sternen um das galaktische Zentrum zu sehen. Harry van der Laan, der damalige Direktor der Europäischen Südsternwarte (ESO) hat uns 1991 ans New Technology Telescope mit einem 3,5-Meter-Spiegel gelassen. Das war keinesfalls selbstverständlich, und damit waren wir anfangs allein auf weiter Flur.

Gab es dann noch andere Gruppen, die ähnliche Beobachtungen durchgeführt haben?

Ja, vier Jahre nach uns kam Andrea Ghez mit ihrer Gruppe in Berkeley. Sie hatte den Vorteil, sofort am Keck-Observatorium beobachten zu können. Wegen des größeren Durchmessers von zehn Metern lieferte es die schärferen Bilder, und daher war die Keck-Gruppe um 2000 herum eher besser als wir. Dann aber haben sich die Verhältnisse wieder umgedreht, weil wir ans Very Large Telescope der ESO konnten und zusätzlich die bessere Instrumentierung hatten.

Es entstand also eine Konkurrenzsituation?

Leider – das muss ich jetzt rückblickend sagen  – führte dies etwas zu einer gewissen Verhärtung der Beziehungen zwischen den beiden Gruppen, die anfänglich eigentlich sehr positiv waren. Insoweit freue ich mich sehr, dass auch Andrea Ghez jetzt wirklich offiziell eine Anerkennung dieser Art bekommt, auf die sie länger gewartet hat. Das finde ich toll!

Wenn Sie jetzt in die Zukunft denken: Zu welchen Forschungszwecken ließe sich das galaktische Schwarze Loch noch nutzen?

Der Crafoord-Preis wird von der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften vergeben und ehrt Grundlagenforschung in Disziplinen, die der Nobelpreis nicht abdeckt – etwa Mathematik, Geowissenschaften, Teilgebiete der Biologie und Astronomie. Benannt ist er nach seinem Stifter, dem Industriellen Holger Crafoord. Genzel ist der erste deutsche Forscher seit 20 Jahren der wieder mit dem Preis geehrt wird: 1992 bekam ihn der Paläontologe Adolf Seilacher.

Vielleicht, um die allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein zu testen, die erst bei besonders starken Gravitationsfeldern und Krümmungen richtig zum Tragen kommt. Im Labor lassen sich solche Bedingungen nicht erzeugen, und auch im Sonnensystem existieren sie nicht.

Dazu müsste man aber noch näher am Schwarzen Loch beobachten als bisher?

Ja. Wenn man Glück hat, gibt es Sterne, die noch näher dran sind als die bereits bekannten und die Umlaufperioden von wenigen Jahren haben. Außerdem wissen wir, dass es ganz nah am Ereignishorizont Flares gibt. Damit könnte man vielleicht die Eigenschaften des Raums in der Nachbarschaft des Schwarzen Lochs vermessen. Hierzu benötigen wir eine noch höhere Auflösung.

Wie wollen Sie diese erreichen?

Dafür entwickeln wir seit sieben Jahren ein Experiment namens Gravity. Es soll die vier VLT-Teleskope interferometrisch zusammenschalten. Wir sind damit jetzt in der letzten Phase und bauen die Hardware zusammen. In zwei bis drei Jahren können wir wohl mit den Messungen beginnen.

Setzen Sie auch Hoffnungen auf andere Methoden, etwa die Gravitationswellenastronomie?

Oh ja. Gravitationswellen sind das noch präzisere Instrument für die Tests der allgemeinen Relativitätstheorie. Dazu will man das Verschmelzen von zwei Schwarzen Löchern zu einem einzigen beobachten. Dann ließe sich die Signatur der Gravitationswellen verwenden, um diesen Prozess dynamisch zu verfolgen. Aber das ist mit den bodengebundenen Detektoren nicht leicht nachzuvollziehen, und die Weltraumexperimente kommen nicht so recht voran.

Dürfen wir Sie nun noch etwas Persönliches fragen: Gab es vielleicht ein Schlüsselerlebnis in Ihrer Jugend, das Ihr Interesse für Physik und Astronomie geweckt hat?

Das Schlüsselerlebnis war mein Vater. Er war auch Physiker, sogar Gründungsdirektor des MPI für Festkörperforschung in Stuttgart – as gestehe ich mit Dankbarkeit. Er verschaffte mir die Möglichkeit, selbst zu experimentieren. So bekam ich sehr früh Einblick in die Forschung.

http://www.youtube.com/watch?v=Uhk1SjAoKoQ
Reinhard Genzel über Schwarze Löcher

Was war dann ausschlaggebend für die Richtung Astronomie?

Ich bin keiner gewesen, der im klassischen Sinne sein eigenes Teleskop geschliffen oder Astrofotografie gemacht hat. Ich bin über die Physik gekommen. Auch da hat mein Vater wesentlich einen Stimulus gegeben. Von ihm erfuhr ich von der Gründung des MPI für Radioastronomie und dem neuen Effelsberger 100-Meter-Radioteleskop. Das hat mich schon fasziniert. So bin ich nach Bonn gegangen, habe dort Physik studiert und bin dann in der Radioastronomie gelandet.

Gab es in der frühen Phase Ihrer wissenschaftlichen Laufbahn weitere Personen, die Ihr wissenschaftliches Denken entscheidend geprägt haben?

Ja, sowohl während meiner Promotionszeit in Bonn als auch am Harvard Smithsonian Center for Astrophysics, wo ich als Postdoc war. Und dann kam der große Schritt zu Charlie Townes, dem Nobelpreisträger für Laser- und Maserforschung. Da hatte ich überhaupt keine Angst, in dessen Riesenschatten zu stehen. Im Gegenteil, für mich ist er heute mein zweiter Vater.

Was hat Sie an der Arbeit bei Townes gereizt?

Er hatte umgesattelt von Laserforschung und Molekülspektroskopie in Richtung Astronomie. Seine Gruppe machte Dinge in der experimentellen Astrophysik und Instrumentierung, die ich absolut fantastisch fand. Das war für mich ein Traum.

Haben Sie abschließend noch einen Ratschlag, den Sie gerne Nachwuchswissenschaftlern mitgeben möchten?

Man soll sich immer nach Feldern umschauen, die wirklich neu sind. Da scheint vielleicht das Risiko ein bisschen höher zu sein, aber man kann auch mehr tun. Außerdem halte ich die Mentorschaft für etwas ganz Wesentliches. Dass sie aufgrund des Massenwettbewerbs heute kaputtgeht, finde ich extrem schade.

Herr Genzel, wir bedanken uns ganz herzlich für dieses Gespräch.

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