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Keine Angst vorm Schwarzen Loch

Schwarze Löcher, Dunkle Materie und das inter­ga­lak­ti­sche Medium sind ihnen vertraut, sie können ohne Spick­zettel Doppler­ef­fekt und Relati­vi­täts­theorie umreißen – und sie wollen noch tiefer in ferne Welten eintau­chen: 40 inter­es­sierte Hamburger Schüler verschafften sich beim 35. Ferien­kurs Forschung an der Hamburger Stern­warte Berge­dorf einen Einblick in die Astro­physik. Die Mädchen und Jungen, die in der Oberstufe meist ein natur­wis­sen­schaft­li­ches Profil gewählt haben, brachten jede Menge Vorwissen zu dem eintä­gigen Schnup­per­an­gebot mit.

„Astro­nomie ist mit Abstand das Spannendste, was ich mir vorstellen kann“, schwärmt Sabrina Czeke von der Julius-Leber-Gesamt­schule in Hamburg-Schnelsen. Seit sie durch das Minite­le­skop ihres Vaters in den Weltraum schauen durfte, ist sie faszi­niert von den Raum- und Zeitmaßen, die sich Astro­nomen eröffnen. „Das sind Dimen­sionen, in denen wir sonst nicht denken.“ Wer der Abitu­ri­entin zuhört, glaubt, sie habe ihr Berufs­ziel gefunden. „Nein, eigent­lich nicht“, wider­spricht sie. Denn sie hat sich bei einem Bekannten infor­miert, wie das Studium abläuft. Nun hat sie großen Respekt vor dem Stoff. „Man muss wahnsinnig gut sein um durch­zu­halten. Es ist richtig anspruchsvoll.“

Trotzdem gibt es da diese Verab­re­dung mit ihrem Mitschüler Ole Gauß – der zwar noch keine Verwandt­schaft mit dem großen deutschen Physiker ausma­chen, sie aber auch nicht wider­legen konnte. „Ich inter­es­siere mich eigent­lich für Infor­matik, aber anderer­seits finden Sabrina und ich, wir sollten zusammen Physik studieren und in die Astro­nomie gehen“, erzählt er. Während Sabrina am Computer Simula­tionen von Sternen errechnet und mit realen Beobach­tungen abgleicht, beschäf­tigen sich Ole und sein Freund Maximi­lian Rohrbach mit Gravitationslinsen.

„Schwer­kraft bewirkt ja nicht nur, dass Dinge nach unten fallen. Im Weltall verbiegen massen­reiche Galaxien den umgebenden Raum, so dass uns Objekte, die hinter ihnen liegen, verformt erscheinen, verzerrt oder verviel­facht. Das ist der Gravi­ta­ti­ons­lin­sen­ef­fekt“, erklärt Dr. Dieter Engels, der als Astronom an der Stern­warte Berge­dorf unter­richtet und forscht. „Einsteins Allge­meine Relati­vi­täts­theorie“, kommen­tiert Ole. „Das war Einsteins Durch­bruch“, hebt Engels hervor. „Er hat den Effekt vorher­ge­sagt und 1919 bei einer Sonnen­fins­ternis zu überprüfen versucht. Richtig beobachten konnte er die Gravi­ta­tion aber nicht. Dazu fehlten einfach die techni­schen Mittel.“

Quasare als leuch­tende Ringe

Am Modell testen Ole und Maximi­lian die verschie­denen Reflexe: Eine gläserne Linse stellt die Galaxie dar, eine starke Lampe einen Quasar. Dreht man die Linse in verschie­dene Positionen, lenkt sie das Licht so ab, dass der „Quasar“ nicht als ein leuch­tender Punkt zu erkennen ist, sondern verdop­pelt, verdrei­facht oder vervier­facht wird oder als leuch­tender Ring erscheint. Im Internet finden die Jungen schnell Bilder von Gravi­ta­ti­ons­linsen aufge­nommen mit dem Hubble-Weltraum­te­le­skop, die Einsteins These belegen. Anhand eines einfa­chen Programms simulieren sie, welche Konstel­la­tionen welche Art der Verzer­rung ergeben. Schließ­lich geht’s ans Rechnen: Wie groß ist die Masse einer Galaxie, die das berühmte „Einstein­kreuz“ erzeugt – eine vervier­fachte Darstel­lung eines Quasars? Die kompli­ziert wirkende Formel schreckt Ole und Maximi­lian ebenso wenig wie Maßein­heiten, mit denen Physiker hantieren: Bogenmaß, Parsec oder Sonnen­masse. „Die Aufgabe hätte auch in einer unserer Klausuren auftau­chen können“, erklärt Maximi­lian. Tatsäch­lich präsen­tieren die beiden nach einer halben Stunde das korrekte Ergebnis.

 „Über den Gravi­ta­ti­ons­lin­sen­ef­fekt können wir die Eigen­schaften von Objekten heraus­finden, die sehr weit von uns entfernt sind“, erläu­tert Engels die Beispiel­rech­nung. „Und manche Objekte erkennen wir überhaupt erst deshalb, weil eine Linse ihr Licht bündelt oder verviel­facht.“ Er gehörte zu einer Beobach­ter­gruppe, die in den letzten 20 Jahren mit einem in Hamburg entwi­ckelten Schmidt-Teleskop in Spanien den Himmel über der Nordhalb­kugel unter­suchte. „Eigent­lich waren wir auf der Suche nach Quasaren, aber wir haben auch Linsen und viele andere neue Objekte entdeckt“, erinnert er sich. „Die Gravi­ta­ti­ons­linsen einer der Forschungs­schwer­punkte an der Hamburger Sternwarte.“

Natur­phä­no­mene, Mathe und Spaß = Astrophysik

Einen aktuellen Schwer­punkt lernte Sabrina Czeke mit der Simula­tion von Sternat­mo­sphären kennen, Sascha Kaven und Florian Hanßen aus Bargte­heide einen weiteren: Sie analy­sierten Farbspek­tren von Quasaren und konnten so Rückschlüsse auf Gase ziehen, die den Raum zwischen Galaxien ausfüllen – das Inter­ga­lak­ti­sche Medium. Insge­samt stellten die Lehrenden und Dokto­randen ein Dutzend Themen vor, die Lust auf ein Physik­stu­dium mit Schwer­punkt Astro­nomie machten. „Wer Inter­esse an der Beschrei­bung von Natur­phä­no­menen hat und mit Mathe­matik umgehen kann, der ist richtig bei uns“, lud Prof. Dr. Jürgen Schmitt, Leiter der Stern­warte, die Schüler ein, ihr Wissen zu vertiefen. „Das Physik­stu­dium ist zwar anspruchs­voll, aber es macht Spaß.“ Zudem erwarten beste Arbeits­chancen die Absol­venten der Bachelor‑, Master- und Lehramts­stu­di­en­gänge. „Die Arbeits­lo­sig­keit bei Physi­kern liegt unter drei Prozent!“

Text: Maike Nicolai
Fotos: Thomas Raupach