Ohne den Algorithmus dieser Frau hätten wir kein Foto des Schwarzen Lochs

Wie schießt man ein Foto von einem Schwarzen Loch? Katie Bouman hatte maßgeblichen Anteil daran, dass dieses intergalaktische Rätsel nun gelöst werden konnte.

SchwarzesLoch

Erarbeitete den Algorithmus: Katie Bouman. Foto: © Twitter | MIT CSAIL

Es ist ein Foto, das wohl in die Menschheitsgeschichte eingehen wird: Forscher*innen präsentierten am Mittwoch die erste bildliche Aufnahme eines Schwarzen Loches. Aber wie schießt man eigentlich ein Foto eines Objekts, das 53 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist? Und wie sieht überhaupt etwas aus, das noch nie zuvor jemand gesehen hat? Der Beantwortung dieses – im wahrsten Sinne – galaktischen Rätsels, ist die Menschheit gestern ein ganzes Stück näher gekommen.

Maßgeblich beteiligt an dieser wissenschaftlichen Sensation war Katie Bouman. Die 29-jährige Computerwissenschaftlerin des Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelte gemeinsam mit ihrem Team einen Algorithmus, der einzelne Datenpunkte von acht Teleskopen auf der ganzen Erde verteilt zu einem Bild zusammenrechnete.

Gemeinsam nutzte das Team genug Bilddaten, um Tausende von Festplatten zu füllen. Ein Foto von Bouman machte daraufhin im Internet die Runde, das sie neben Margaret Hamilton zeigt, die damals den Code berechnete, der für die erste Mondlandung nötig gewesen war

Immer wieder entdeckten Forscher*innen im All Phänomene, die sich nur durch die Anwesenheit Schwarzer Löcher erklären ließen. Es gab quasi überall im Universum Fingerabdrücke Schwarzer Löcher – nur gesehen hatte niemand eins. Das ist nicht weiter verwunderlich, weil sie entweder zu klein oder zu weit entfernt sind – oder beides. Häufig sind noch Wolken und Staub zwischen dem Schwarzen Loch und den Teleskopen auf der Erde. Zudem muss das Licht vom Rand des Schwarzen Lochs noch durch die Atmosphäre der Erde kommen, die viele Wellenlängen absorbiert oder streut.

Um dennoch einen Blick auf das Schwarze Loch werfen zu können, waren auch bei der nun veröffentlichten Aufnahme zunächst mehrere Teleskope nötig. Dabei sind moderne Radioteleskope alleine schon durchaus in der Lage, beeindruckende Bilder aus den Fernen unseres Sonnensystems zu liefern. Mit dem rechenstärksten Teleskop, das je von Menschen entwickelt wurde, lassen sich beispielsweise hochauflösende Bilder der Oberfläche unseres Erdmondes anfertigen – dann ist aber auch Schluss.

Wir haben alle zugesehen, wie die Bilder auf unseren Computern angezeigt wurden. Es war unglaublich.

Katie Bouman gegenüber The Times

Das nun geschossene Foto stammt aus der Galaxie Messier 87. Anders als Planeten haben Schwarze Löcher selber keine Oberfläche. Vielmehr ist jedes Loch eine Region im Weltraum, in dem die Materie in sich selbst zusammengefallen ist. Im Zentrum dieses Schwarzen Loches verdichtet sich die Masse so sehr, dass das Gewicht von 6,5 Millionen Sonnen auf einem einzelnen Punkt konzentriert ist. Hier gelten die Gesetze der Physik, wie wir sie kennen, nicht. Das Loch verschluckt jegliche Information: auch Licht.

Möchte man also ein Foto eines Objekts schießen, das so weit von der Erde entfernt ist und so eine immense Masse aufweist, dass es sogar Licht verschluckt, bräuchte man mit der klassischen Methode ein Teleskop, das so groß ist, dass es auf der Erde keinen Platz mehr finden würde.

Der Grundstein dafür, dass der historische Schnappschuss dennoch gelingen konnte, wurde erst im Jahr 2015 gelegt. Damals gelang es Forscher*innen das Alma-Teleskop in Chile mit seinen 66 Antennen so umzuprogrammieren, das es sich mit sieben anderen Teleskopen verbinden ließ. Mit dieser Technologie war es nun möglich, die Rechenleistung der Teleskope so zu verbinden, dass sie die Erde in eine riesige Satellitenschüssel verwandelte: Das Event Horizon Telescope (EHT).

„Theoretisch wissen wir seit Jahren, was für ein Bild nötig ist, doch es fehlte die Technologie“, sagt der am EHT-Projekt beteiligte Astrophysiker Eduardo Ros. Was bislang noch fehlte, war eine Möglichkeit, die gewaltigen Datenmengen so zu verknüpfen, dass sie ein Bild des Schwarzen Lochs zeigen und sich mit den zuvor gesammelten Forschungsergebnissen decken. Hierfür entwickelte Bouman einen Algorithmus, der die Daten der acht Radioteleskope rund um den Globus wie bei einem riesigen Puzzle nach und nach zusammenfügte.

In einem Facebook-Post betonte Bouman aber, dass sie diese Leistung nie ohne ihr Team hätte erreichen können: „Kein einzelner Algorithmus oder keine einzelne Person hat dieses Bild gemacht, es benötigte das Talent von einem Wissenschaftler-Team aus der ganzen Welt und Jahre harter Arbeit.“ Im Herbst beginnt sie ihre neue Arbeitsstelle als Assistenzprofessorin am California Institute of Technology. Sie plant aber auch, weiter im Event Horizon-Team zu arbeiten und das bereits verwendete Teleskop-Netzwerk um weitere Satelliten auszubauen.  Ihr nächstes Ziel hat sie dabei bereits vor Augen: Jetzt, wo es erstmals ein Foto gibt, sollen in Zukunft Videos folgen. Von einem Objekt, das unvorstellbar weit entfernt  – und insgesamt schwer vorstellbar – ist.