Forscher in Südkorea entwickeln eine Satellitenkonstellation, die wie nie zuvor aufdecken könnte, was in der Umgebung supermassereicher Schwarzer Löcher vor sich geht.
Das Sternbild mit dem Namen Capella ist eine Idee des Astronomieprofessors Sascha Trippe von der Seoul National University. Als Experte für Schwarze Löcher ist Trippe zunehmend frustriert über die Grenzen der vorhandenen Instrumente der Menschheit zur Beobachtung von Schwarzen Löchern und befürchtet, dass die Forschung ohne große technologische Fortschritte bald in eine „Sackgasse“ geraten könnte.
Als 2019 das allererste Bild eines supermassereichen Schwarzen Lochs – das im Zentrum der Galaxie Messier 87, etwa 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt – der Welt gezeigt wurde, sorgte es für Aufsehen. Es zeigte einen leuchtenden Ring in Form eines Donuts, der einen unheimlichen dunklen Fleck umschloss. Es bestätigte, dass es tatsächlich Schwarze Löcher gibt, diese überwältigenden Schwerkraft-Hotspots, die so stark sind, dass ihnen nicht einmal Licht entkommen kann. Im Jahr 2022 folgte ein Bild des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße. So fesselnd die Bilder auch waren, für Forscher wie Trippe waren sie bei weitem nicht perfekt.
Diese Unvollkommenheiten sind ein Ergebnis der Einschränkungen des Event Horizon Telescope (EHT), eines weltweiten Netzwerks von Radioteleskopen, das dank einer Technik, die als Interferometrie mit sehr langer Basislinie bekannt ist, wie ein einziges weltweites Observatorium funktioniert.
„Das Problem besteht darin, dass jedes Antennenpaar (von EHT) zu jedem Zeitpunkt nur einen Punkt des Zielbildes misst“, sagte Trippe gegenüber Space.com. „Am Ende erhält man ein Bild, das größtenteils leer ist und viel Verarbeitung erfordert. Aus diesem Grund vermissen wir viel Struktur, weil Features unter einer bestimmten Größe einfach nicht abgebildet werden können.“
Astronomen wissen beispielsweise, dass aus dem Schwarzen Loch Messier 87 ein mächtiger Strahl heißen Gases mit Lichtgeschwindigkeit austritt. Dieser Jet ist jedoch auf dem berühmten Bild von 2019 nicht zu sehen.
Eine Möglichkeit, die Auflösung von Bildern Schwarzer Löcher zu verbessern, besteht darin, die Emissionen von Radiosignalen zu messen, die höhere Frequenzen und damit kürzere Wellenlängen haben. Von der Oberfläche unseres Planeten aus ist das jedoch nicht möglich, da der in der Erdatmosphäre vorhandene Wasserdampf dieses Signal größtenteils absorbiert.
Radioteleskope auf Satelliten hätten einen ungehinderten Blick auf diese Art von Strahlung. Sie würden auch zwei weitere Probleme lösen. Die von Trippe und seinen Kollegen geplante Capella-Satellitenkonstellation würde aus vier Satelliten bestehen, die in Höhen zwischen 280 und 370 Meilen (450 und 600 Kilometer) kreisen.
Das umlaufende Radioteleskopnetzwerk wäre nicht mehr durch den Umfang des Planeten eingeschränkt und hätte – dank der Interferometrietechnik – einen größeren Durchmesser als das planetenweite EHT und würde daher eine bessere Bildqualität und eine bessere Auflösung liefern. Während sich die Satelliten um den Planeten bewegen und ihn mehrmals am Tag umkreisen, hinterlassen ihre Messungen im Gegensatz zum spärlichen Netzwerk erdgestützter EHT-Teleskope keine leeren Stellen.
Trippe sagt, das System würde ein völlig neues Fenster zu den Prozessen öffnen, die in der Nähe der Ereignishorizonte der Schwarzen Löcher stattfinden, den Grenzen, hinter denen nichts entgeht.
„Wir würden wirklich gerne verstehen, wie die relativistischen Jets aus dem vom Schwarzen Loch angesammelten Gas entstehen“, sagte Trippe. „Aber es erfordert Beobachtungen in Auflösungen, die derzeit unmöglich sind und nur von einem weltraumgestützten Radiointerferometer wie der Capella-Konstellation bewältigt werden könnten.“
Das umlaufende Schwarzloch-Beobachtungssystem könnte Schwarze Löcher in nahen Galaxien viel schneller abbilden als das erdgebundene EHT und genauere Schätzungen ihrer Massen liefern. Laut Trippe würde es den Forschern auch dabei helfen, die Prozesse zu verstehen, die in den leuchtenden Ringen rund um diese Schwarzen Löcher ablaufen.
Bisher haben Wissenschaftler noch nicht versucht, viele Radioteleskope in die Umlaufbahn zu bringen. Aufgrund der langen Wellenlängen der Funksignale müssen die Empfangsantennen recht groß sein und können daher nicht ohne weiteres in den Weltraum geschossen oder eingesetzt werden. Aber dank der Fortschritte in der Technologie glaubt Trippe, dass ein bescheidenes Radioobservatorium jetzt in einen 1100 Pfund (500 Kilogramm) schweren Satellitenbus passen könnte.
„Die Technologie wird gerade erst verfügbar, sodass wir diese Systeme tatsächlich ausreichend klein und ausreichend kostengünstig bauen können“, sagte Trippe.
Er geht davon aus, dass das gesamte System nicht mehr als 500 Millionen Dollar kosten wird. Trippe sagte, dass Südkoreas kürzlich gegründete Korea Aerospace Administration Interesse an dem Projekt bekundet habe und nächstes Jahr über die Bereitstellung von Fördermitteln entscheiden werde, sagte Trippe. Wenn alles gut geht, könnten Wissenschaftler bereits Anfang der 2030er Jahre mehr Licht auf die unersättlichen Monster in galaktischen Zentren werfen.
Trippe und sein Team stellten das Konzept in einem auf arXiv veröffentlichten Papier vor.
