Ist der Schatten dasselbe wie der Ereignishorizont?

Nein. Der Horizont ist die Fläche, aus der weder Materie noch Licht entweichen. Der Schatten ist größer (etwa 2,6 Horizont-Radien): Licht von hinten wird eingefangen oder stark gekrümmt, und wir sehen eine dunkle Silhouette. Beobachtbar ist der Schatten, nicht der Horizont selbst.

Warum ist der Schatten ein idealer Kreis?

So sieht ein fernes, nicht rotierendes Schwarzschild-Loch aus. Bei einem rotierenden (Kerr-)Loch ist der Schatten durch die Mitführung der Inertialsysteme leicht asymmetrisch. Der Kreis bleibt, um die Abhängigkeit von der Masse hervorzuheben.

Was ist der helle Ring?

Ein schematischer Photonenring: Licht läuft auf instabilen Kreisbahnen nahe der Photonensphäre. Strahlung des Akkretionsstroms kann das Loch mehrfach umlaufen und sich zu einem hellen Ring addieren — wie auf dem Bild von M87*.

Wie nah ist das an den Bildern des Ereignishorizont-Teleskops?

Die Geometrie ist dieselbe: dunkler Schatten und heller Ring. Reale Bilder brauchen die Rechnung der Akkretion in der ART, Doppler-Verstärkung und Rotation. Hier ist nur der Effekt der Gravitationslinse hervorgehoben.

Schatten eines Schwarzen Lochs

Silhouette und stilisierter Ring; Rₛ wächst mit der Masse — keine volle Strahlverfolgung in der ART.

Zum Modell

Der Schatten eines schwarzen Lochs ist die dunkle Silhouette vor der Strahlung, nicht der Ereignishorizont selbst. Bei einem nicht rotierenden (Schwarzschild-)Loch gilt der Schwarzschild-Radius R_s = 2GM/c². Der kritische Stoßparameter des Lichts ist b_krit = (3√3 / 2) R_s: Strahlen mit kleinerem b fallen hinter den Horizont, mit größerem werden sie abgelenkt. Der beobachtete Schatten ist eine dunkle Scheibe mit Radius etwa 2,6 R_s, darum ein stilisierter Photonenring (Strahlen, die das Loch mehrfach umlaufen). Volle Strahlverfolgung in der ART und Rotation (Kerr-Metrik) werden nicht gerechnet: die Schattengröße wächst linear mit der Masse. Das ist eine Skizze der Hauptzüge der Bilder des Ereignishorizont-Teleskops, keine Magnetohydrodynamik der Akkretion.

Für wen: Oberstufe und erstes Semester: Allgemeine Relativitätstheorie, schwarze Löcher.

Wichtige Begriffe

schwarzschild-radius
photonensphäre
ereignishorizont
stoßparameter
gravitationslinseneffekt
allgemeine relativitätstheorie
schatten eines schwarzen lochs

So funktioniert es

Ein nicht rotierendes schwarzes Loch hat den Schwarzschild-Radius Rₛ = 2GM/c². Der beobachtete Schatten ist etwa um ein Mehrfaches größer als dieser Maßstab, je nach Rotation und Blickwinkel. Der bekannte Ring ist Licht des Akkretionsstroms, das um das Loch durch Gravitationslinsenwirkung umgelenkt wird.

Häufige Fragen

Ist der Schatten dasselbe wie der Ereignishorizont?: Nein. Der Horizont ist die Fläche, aus der weder Materie noch Licht entweichen. Der Schatten ist größer (etwa 2,6 Horizont-Radien): Licht von hinten wird eingefangen oder stark gekrümmt, und wir sehen eine dunkle Silhouette. Beobachtbar ist der Schatten, nicht der Horizont selbst.
Warum ist der Schatten ein idealer Kreis?: So sieht ein fernes, nicht rotierendes Schwarzschild-Loch aus. Bei einem rotierenden (Kerr-)Loch ist der Schatten durch die Mitführung der Inertialsysteme leicht asymmetrisch. Der Kreis bleibt, um die Abhängigkeit von der Masse hervorzuheben.
Was ist der helle Ring?: Ein schematischer Photonenring: Licht läuft auf instabilen Kreisbahnen nahe der Photonensphäre. Strahlung des Akkretionsstroms kann das Loch mehrfach umlaufen und sich zu einem hellen Ring addieren — wie auf dem Bild von M87*.
Wie nah ist das an den Bildern des Ereignishorizont-Teleskops?: Die Geometrie ist dieselbe: dunkler Schatten und heller Ring. Reale Bilder brauchen die Rechnung der Akkretion in der ART, Doppler-Verstärkung und Rotation. Hier ist nur der Effekt der Gravitationslinse hervorgehoben.

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