EHT plant ersten Film von M87

Eine Kampagne, um einen Riesen atmen zu sehen

Im März und April 2026 wird die Kollaboration des Event Horizon Telescope (EHT) ihr planetenweites Auge auf den Kern von Messier 87 richten. Ziel der eng getakteten Beobachtungskampagne ist es, nicht nur ein weiteres Standbild aufzunehmen, sondern einen Film. Das Zielobjekt, M87*, ist das Schwarze Loch mit sechs Milliarden Sonnenmassen, dessen mittlerweile ikonischer Schatten vor einigen Jahren zum ersten Mal auf öffentlichen Bildern zu sehen war. Da sich das Gravitationsspektakel um M87* auf Zeitskalen von Tagen statt Minuten abspielt, glauben Wissenschaftler, dass Sequenzen von hochauflösenden Bildern, die alle paar Tage aufgenommen werden, zum ersten Film eines supermassereichen Schwarzen Lochs und seiner unmittelbaren Umgebung – dem Akkretionsfluss und der Basis eines relativistischen Jets – zusammengesetzt werden können.

Warum M87* das richtige Ziel ist

Nicht alle Schwarzen Löcher sind gleichermaßen kooperativ. Das Schwarze Loch im Zentrum unserer eigenen Galaxie entwickelt sich zu schnell, als dass das aktuelle EHT-Array einen Langzeitfilm drehen könnte: Heißes Plasma umkreist Sagittarius A* in wenigen Zehnermituten. Die enorme Masse von M87* dehnt diese Zeitskalen auf Tage oder Wochen aus, was die Stärken der Interferometrie mit sehr langen Basislängen (VLBI) voll ausspielt – jener Technik, die Radioteleskope rund um den Globus verbindet, um wie ein Teleskop von der Größe der Erde zu agieren. Die Beobachter planen Sequenzen mit Kadenzen von etwa drei Tagen, was lang genug ist, um aussagekräftige strukturelle Veränderungen zu erfassen, aber kurz genug, um Bildunschärfen beim Kombinieren der Daten zu vermeiden.

Was das Team zu sehen hofft

Der wissenschaftliche Gewinn ist keine filmische Spielerei, sondern harte Diagnostik: Der Film könnte enthüllen, wie sich Plasma um das Schwarze Loch bewegt, wie sich die hellen Regionen des Rings verschieben, ob sich Magnetfeldstrukturen auf beobachtbaren Zeitskalen verändern und wie der Jet aus dem inneren Akkretionsfluss ausgestoßen wird. Die Messung der azimutalen Bewegung von Helligkeitsmerkmalen kann direkte Rückschlüsse auf den Spin des Schwarzen Lochs und auf die magnetohydrodynamischen Prozesse zulassen, die die Jet-Bildung vorantreiben – ein entscheidendes fehlendes Puzzleteil, das die Physik auf der Skala des Ereignishorizonts mit Feedback-Prozessen auf galaktischer Skala verknüpft.

Erkenntnisse aus mehrjähriger Bildgebung

Das Bestreben, einen Film zu erstellen, baut auf mehrjährigen EHT-Arbeiten auf, die bereits überraschende Variabilitäten offengelegt haben. Re-Analysen der Daten von 2017 bis 2021 ergaben, dass der Gesamtdurchmesser des Rings – die scheinbare Größe des Schattens – zwar mit den Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie übereinstimmt, sich die Helligkeitsverteilung und das lineare Polarisationsmuster zwischen den Epochen jedoch erheblich veränderten. Insbesondere kehrte die Polarisationsausrichtung um den Ring zwischen einigen Beobachtungen ihre Richtung um, was auf eine sich entwickelnde magnetische Umgebung nahe dem Ereignishorizont und mögliche Vordergrundeffekte hindeutet, die die Polarisation auf ihrem Weg zur Erde drehen. Diese Ergebnisse unterstreichen, dass eine zeitaufgelöste Betrachtung unerlässlich ist, um flüchtige Phänomene von beständigen Strukturen zu trennen.

Array-Upgrades und neue Empfindlichkeit

Dass ein Film nun in Reichweite rückt, liegt zum Teil am technischen Fortschritt. Die Hinzunahme neuer Stationen – darunter Kitt Peak und das Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) in jüngeren Kampagnen – hat die Abdeckung der Basislinien und die Empfindlichkeit verbessert. Dies ermöglicht es dem EHT, schwache Emissionen außerhalb des hellen Rings zu detektieren und erste Einschränkungen für die Jet-Emission auf Skalen knapp jenseits des Schattens festzulegen. Verbesserte Kalibrierungspipelines und eine große Bibliothek synthetischer Daten, die aus realistischen Simulationen erstellt wurden, geben den Analysten stärkere Werkzeuge an die Hand, um instrumentelle Effekte von echter astrophysikalischer Variabilität zu trennen. Diese Fortschritte reduzieren Fehlalarme bei der Suche nach Bewegungen und ermöglichen robustere Vergleiche zwischen Daten und relativistischen magnetohydrodynamischen Simulationen.

Algorithmen, maschinelles Lernen und das Problem der Variabilität

Einen Film aus spärlichen VLBI-Messungen zu erstellen, ist eine computertechnische und statistische Herausforderung. Die EHT-Community hat massiv in neue bildgebende Verfahren investiert, die physikbasierte Simulationen, Bayessche Inferenz und maschinelles Lernen kombinieren. Teams haben enorme Bibliotheken synthetischer Beobachtungen aus allgemein-relativistischen magnetohydrodynamischen (GRMHD) Modellen erstellt und neuronale Netze darauf trainiert, wahrscheinliche Signaturen von Bewegungen gegenüber Artefakten zu erkennen, die durch unvollständige Abtastung entstehen. Diese Methoden werden von zentraler Bedeutung sein, um Epochen von Visibility-Rohdaten in eine kohärente Zeitreihe zu verwandeln, die Wissenschaftler physikalisch interpretieren können. Dennoch betonen Analysten, dass die intrinsische Variabilität des Akkretionsflusses – stochastische Turbulenzen und schnelle magnetische Rekonnexionsereignisse – die Parameter-Inferenz fundamental einschränkt, sofern die Beobachtungen diese Veränderungen nicht direkt erfassen. Eine zeitaufgelöste Sequenz ist der klarste Weg, um diese Grenze zu überwinden.

Logistik: Die Antarktis und der lange Weg zum fertigen Film

Beobachter mahnen zur Geduld, bis die Kampagne in einem öffentlichen Film mündet. Einige EHT-Stationen, insbesondere das South Pole Telescope, generieren Daten auf physischen Datenträgern, die während des antarktischen Sommers transportiert werden müssen; die Festplatten treffen erst Wochen oder Monate später in den Verarbeitungszentren in Nordamerika und Europa ein. Sobald die Rohdaten zusammengeführt sind, werden mehrere unabhängige Pipelines diese reduzieren und abbilden, gefolgt von einer Kreuzvalidierung mit Simulationen – Schritte, die zusammen bedeuten, dass der erste öffentliche Film viele Monate nach den eigentlichen Beobachtungen veröffentlicht werden könnte. Das Warten ist frustrierend, aber gewollt: Die Sicherstellung der Wiedergabetreue einer Zeitreihe auf Skalen des Ereignishorizonts erfordert eine sorgfältige Handhabung von Kalibrierung, Systematik und algorithmischen Verzerrungen.

Was ein erfolgreicher Film verändern würde

Ein validierter Film von M87* wäre mehr als nur ein Spektakel. Er würde direkte, dynamische Messungen von Plasmageschwindigkeiten nahe dem Ereignishorizont, einen beobachtbaren Anhaltspunkt für die Rotation des Schwarzen Lochs und neue Einschränkungen für die magnetische Geometrie liefern, die relativistische Jets ausstößt und kollimiert. Diese Jets sind fundamentale Akteure in der Galaxienentwicklung: Sie transportieren Energie weit aus dem Kern heraus, regulieren die Sternentstehung und formen die Wachstumsgeschichte einer Galaxie. Eine zeitaufgelöste Sicht auf die Jet-Basis verbindet kleinräumige relativistische Physik mit großräumigen astrophysikalischen Folgen. Darüber hinaus bieten Filme neue Möglichkeiten, die Allgemeine Relativitätstheorie im Starkfeld-Regime in zeitabhängiger Form zu testen – nicht nur die Größe des Schattens, sondern auch, wie die Raumzeit bewegte Strukturen leitet.

Risiken, Ungewissheiten und der Weg nach vorn

Langfristig: Hin zu einer Echtzeit-Astronomie des Horizonts

Im Erfolgsfall wird die März-April-Kampagne ein Vorbote für noch ehrgeizigere Bemühungen sein. Das Konzept des Event Horizon Telescope der nächsten Generation (ngEHT) sieht weitaus mehr Antennen und eine kontinuierliche Überwachung vor, die eines Tages eine Bildgebung der Dynamik Schwarzer Löcher nahezu in Echtzeit ermöglichen könnte. Vorerst ist das unmittelbare Ziel konkret und erreichbar: die erste bewegte Sequenz einzufangen, die zeigt, wie sich ein supermassereiches Schwarzes Loch und seine Umgebung in der Zeit verändern, und damit unseren Beobachtungstests von Gravitation, Plasmaphysik und der Art und Weise, wie Schwarze Löcher Galaxien formen, eine dynamische Dimension hinzuzufügen.

Die Beobachter werden im März und April den Himmel im Blick behalten, danach werden die Festplatten noch genauer unter die Lupe genommen. Wenn die Kampagne gelingt, wird das Ergebnis eine neue Art von kosmischem Kino sein – ein Film, dessen Einzelbilder in Gravitation, Licht und Magnetismus an der extremsten Grenze der Natur geschrieben wurden.

Quellen

• Event Horizon Telescope (EHT) Kollaboration (Pressematerialien und veröffentlichte Bilder)
• Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) und Beiträge zu den EHT-Ergebnissen
• ArXiv-Preprint: "Horizon-scale variability of M87* from 2017--2021 EHT observations" (Event Horizon Telescope Collaboration)
• ArXiv-Preprint: "Deep learning inference with the Event Horizon Telescope I. Calibration improvements and a comprehensive synthetic data library"
• Materialien der University of Cambridge und Erklärungen von Sera Markoff zur Filmkampagne