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StartseiteForschung aktuellDie lange Suche nach dem Schwarzen Loch06.10.2020

Physiknobelpreisträger GenzelDie lange Suche nach dem Schwarzen Loch

Der neue Nobelpreisträger für Physik, Reinhard Genzel, gilt als Pionier in der Forschung zu Schwarzen Löchern. Im Interview mit dem Deutschlandfunk erzählt er, wie es ihm in jahrelanger Arbeit gelang, die Existenz eines gigantischen Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße nachzuweisen.

Reinhard Genzel im Gespräch mit Ralf Krauter

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Reinhard Genzel, Astrophysiker am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik freut sich über die Nachricht über den Nobelpreis für Physik. (Matthias Balk / dpa)
Reinhard Genzel, Astrophysiker am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, freut sich über die Nachricht über den Nobelpreis für Physik (Matthias Balk / dpa)
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Ralf Krauter: Der am Dienstag (06.10.20) mit dem Physiknobelpreis gekürte Reinhard Genzel gab sich erstmal überrascht, als er per Telefon erstmals davon hörte, dass er ausgezeichnet werden würde. Der Deutschlandfunk hat ihn zunächst gefragt, ob er sich nach den vielen Pressegesprächen am Tag der Auszeichnung immer noch über diesen Preis freue.

Reinhard Genzel: Sicher wird man nach einiger Zeit müde. Auf der anderen Seite ist es mir eine große Freude, die tolle Forschung, die wir hier machen dürfen, sozusagen der Öffentlichkeit auch klarzumachen und dankbar zu sein.

"Mein erstes Spektrometer hab' ich auf dem Dach gebaut"

Krauter: Ich habe gelesen, Ihr Vater war Festkörperphysiker. Wie sind Sie dann nach Schule in Freiburg und Studium in Bonn auf Schwarze Löcher gekommen?

Genzel: Ja, mein Vater war nicht nur Festkörperphysiker, sondern auch ein begnadeter Experimentator und Lehrer. Und in der Tat, ich muss sagen: Ich habe früh außerhalb der Schule schon eine physikalische Ausbildung bekommen, die man sonst nicht hätte bekommen können. Und mein erstes Spektrometer, das hab ich auf dem Dach gebaut. Also Physik begann für mich schon früh. Und irgendwann haben wir uns zusammengesetzt, und dann hat er gesagt, pass auf Bursch': Teilchenphysik ist langweilig, Solid State Physics machst du nicht, das mach' ich schon. Aber Astronomie, das klingt gut. Wir haben da ein neues Institut in Bonn, das gerade gegründet wird, und die werden da ein Riesenteleskop hinstellen. Schau mal, dass du nach Bonn kommst. Und in der Tat bin ich dann nach Bonn gegangen, habe dort fertig studiert und sicherlich später in den USA bei Charles Townes (Physik-Nobelpreisträger aus Berkeley - Anm. d. Red.) dann Vieles, Vieles dazugelernt.

Krauter: Die Infrarotspektroskopie war der Schlüssel zum Aufspüren schwarzer Löcher. Können Sie mal erklären, mit welchen Instrumenten Sie sich dann letztlich auf die Lauer gelegt haben, als klar war, es könnte diese Massemonster da draußen wirklich geben?

Genzel: Ja, es war früh klar, nachdem die sogenannten Quasare entdeckt wurden - sehr intensive Strahlungsquellen. Das war sozusagen der Schlüsselmoment, wo vielen sofort klar war: Da muss es Objekte geben, die wir bislang noch nie gesehen haben und wo die klassische Form wie in der Sonne, Energie zu produzieren - nämlich durch Kernverschmelzung -, nicht ausreicht.

Quasare führten auf die Spur Schwarzer Löcher

In den Sechzigerjahren, als das alles passierte, wurde innerhalb von wenigen Jahren klar, dass die effizienteste Art und Weise, Energie zu produzieren, paradoxerweise ist, wenn man Materie auf Schwarze Löcher einfallen lässt. Wenn die Materie dann mal im Ereignishorizont und im Zentrum verschwunden ist, kommt sie wohl nicht mehr raus - deshalb heißen die Schwarze Löcher. Aber auf dem Weg rein kann man Schwerkraftenergie umwandeln in Strahlungsenergie, und zwar sehr effizient. Die Energieeffizienz von dieser Umwandlung kann bis zu 40 Prozent mc² sein. Dagegen ist also die Kernverschmelzung ein Faktor 200-mal schlechter.

Die Gewinner des Physik-Nobelpreises Roger Penrose, Reinhard Genzel und Andrea Ghez nebeneinander auf einem Bild (TT News Agency) (TT News Agency)Physik-Nobelpreis für Forschung an Schwarzen Löchern
Drei Wissenschaftler werden im Jahr 2020 für ihre Forschungen zu Schwarzen Löchern mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet - unter ihnen der deutsche Astrophysiker Reinhard Genzel.

Krauter: Und die Idee war, diese Strahlung zu nutzen, um Schwarze Löcher, die man eigentlich nicht sehen kann, mit normalen Teleskopen, sichtbar zu machen?

Genzel: Nein, nein, ich bin jetzt einen Weg gegangen, um einfach zu erklären, wie man auf die Idee überhaupt gekommen war, dass es solche Schwarzen Löcher geben könnte – das ist diese Entdeckung der Quasare. Dann kam als nächste Frage: Wie würde man es denn nachweisen, also jetzt wirklich empirisch, experimentell nachweisen? Die Dinge sind so weit entfernt, da kommt man nicht dran. Da gab es dann im Jahr 1971 eine Publikation zweier britischer Theoretiker, die dann gesagt haben: Na ja, könnte ja sein, dass jede Milchstraße so ein Schwarzes Loch hat, einschließlich unserer eigenen - wobei die einen mal mehr strahlen und die anderen mal weniger strahlen. Und halt in unserem Fall ds gar nicht oder praktisch überhaupt nicht strahlt. Dieser Vorschlag führte dann zum Interesse bei dem US-Physiker Charles Townes, einem der Erfinder des Lasers, weil das Zentrum unserer Milchstraße kann man im Optischen nicht sehen. Da ist so viel Staub davor, das optische Licht vom Zentrum unserer Milchstraße kommt nicht zu uns. Das heißt, man braucht Techniken, um im Infrarotbereich oder im Radiobereich dorthin zu schauen. Das hat dann Townes gemacht. Ich kam dann nach Berkeley als Post-Doc, und dort fingen wir also an, durch die Spektroskopie im Infraroten von Gasen, die im Zentrum dort waren, die Bewegungen über den Dopplereffekt zu messen und dann sozusagen zu schauen: Wie schnell bewegen sich diese Wolken? Da stellte sich eben raus: Die bewegten sich mit so hohen Geschwindigkeiten von Hunderten von Kilometern pro Sekunde, dass es nicht allein durch normale Prozesse erklärbar war. Das war konsistent mit einem möglichen Schwarzen Loch.

Schwarze Löcher dingfest machen

Das war der erste Schritt. Der zweite Schritt war dann: Okay, nehmen wir mal an, da ist also so ein Schwarzes Loch. Wie macht man das jetzt wirklich dingfest? Da ist die Idee dasselbe wie im Sonnensystem. Sie haben die Planeten, und wenn Sie die Bewegung der Planeten vermessen, dann sagen Ihnen die Kepler-Gesetze jetzt mal umgedreht aus: Der Neptun da draußen, der bewegt sich sehr langsam und innen drin der Merkur sehr schnell, und wenn Sie die Geschwindigkeiten messen, dann können Sie unter Benutzung von Newton's Gravitationsgesetz sofort ausrechnen, dass im Zentrum eine Sonne mit einer Sonnenmasse ist - auch wenn die Sonne nicht strahlen würde. Da brauchen Sie nicht die Strahlung der Sonne dafür, weil einfach die Wirkung der Schwerkraft selbst eines schwarzen Lochs sozusagen auf die Umgebung über diese Testteilchen - also in unserem Planetensystem die Planeten und im galaktischen Zentrum Gas und Sterne - eben nachweisbar ist. Das war dann der Beginn einer langen Reise, um jetzt die Messgenauigkeit immer besser zu machen. Es hat sich in den 30 Jahren um den Faktor eine Million verbessert. Wir fingen an mit einer relativ schlechten Genauigkeit, und jetzt kann man sozusagen eine Eurocent-Münze auf dem Mond auflösen.

Alle schweren Galaxien haben ein Schwarzes Loch im Zentrum

Krauter: Heute wissen wir dank Ihrer Arbeit, dass es da ein vier Millionen Sonnenmassen schweres Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße gibt. Wie viele andere solcher Objekte gibt es im Kosmos?

Genzel: Wir wissen, dass praktisch alle zu messenden schweren Galaxien – unsere Milchstraße gehört zu den mittelschweren Objekten, es gibt noch schwerere - ein Schwarzes Loch haben. Oder zumindest müsste man sagen: Sie haben eine zentrale, kompakte Masse, die konsistent ist mit dem, was man erwarten würde für ein Schwarzes Loch. Dann gibt es sozusagen einige wenige von denen, wo der Existenzbeweis weitergeführt worden ist, also dass man nicht nur sagen kann: Da ist eine Massenkonzentration, sondern man kann also dann zeigen, dass diese Massenkonzentration so kompakt ist, dass es unwahrscheinlich ist, dass es irgendetwas anderes ist als ein schwarzes Loch. Und die Milchstraße ist dabei jetzt das beste Beispiel. Da kann man praktisch keine andere Sache mehr reinquetschen, das geht nicht.

Krauter: Herr Genzel, Glückwunsch noch mal zu Ihrer Auszeichnung. Wird noch gefeiert bei Ihnen heute unter Corona-Einschränkungen in Garching?

Genzel: Das glaube ich nicht, aber wir werden es sehen.

Äußerungen unserer Gesprächspartner geben deren eigene Auffassungen wieder. Der Deutschlandfunk macht sich Äußerungen seiner Gesprächspartner in Interviews und Diskussionen nicht zu eigen.

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