Im Zickzack zu den Sternen

16. Mai 2005

Auf der Party gab es Bier und Wein, dazu wurden Käsebrezeln gereicht und – passend zum Anlass – jede Menge Leibniz-Butterkekse: Stilecht feierte Günther Hasinger den mit 1,55 Millionen Euro dotierten Leibniz-Preis 2005. Der Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching war der erste Astronom seit 15 Jahren, der diese angesehene Auszeichnung bekam. Dabei führte Hasingers Weg zu den Sternen über manchen Nebenpfad.

Text: Helmut Hornung

Auf verschlungenen Pfaden zur Astronomie: Günther Hasinger, Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik

Die Band heißt Saffran. Die Songs heißen „Heavy Maggie“, „For you“ oder „Floating“. Die Kritiker jubeln: Saffran meistert Harmoniewechsel perfekt und versteht es, rhythmische Höhepunkte zu setzen. Die Instrumentalparts klingen außerordentlich überzeugend, der Gesang ist hervorragend. Saffran erinnert an Gentle Giant. Mit Saxofon, aber nicht jazzig. Mit Querflöte, aber nicht folkig. Die Querflöte spielt Günther Hasinger.

Günther Hasinger, 20, Brille, braunes, schulterlanges, glattes Haar. Neben der Flöte beherrscht er auch die Bassgitarre. Saffran zählt Mitte der siebziger Jahre zu den großen Hoffnungen in der deutschen Musikszene. Eine LP spielt die Münchner Gruppe ein, dann scheitern die Verhandlungen mit dem Label. Die fertige Studioaufnahme wird nie auf Vinyl gepresst. Das Bandfoto ziert einen Titel der Bravo: Günther Hasinger sitzt mit seinen vier Kollegen auf einer Steintreppe. Er trägt Blue Jeans, einen Pullover mit rotweißem Rautenmuster und schaut ein wenig scheu in die Kamera.

Ein paar Jahre später löst sich Saffran auf. Günther Hasinger, am 28. April 1954 in Oberammergau geboren, wäre beinahe Rockstar geworden. Heute zählt er zu den Stars in der Astroszene, war Visiting Astronomer am Caltech, Spring Lecturer in Princeton und ist seit vergangenem März Träger des Leibniz-Preises.

Wir sitzen in einem Büro im zweiten Stock. Aus der Ferne dringt Baulärm. Auf dem Campus Garching bewegt sich was, seitdem die Technische Universität München hier unter anderem die Fachbereiche Mathematik und Informatik, Maschinenbau, Chemie und Physik ansiedelt. Zusammen mit den vier Max-Planck- Instituten, dem Neutronenreaktor FRM II und der Europäischen Südsternwarte entsteht etwas, wofür Forschungspolitiker den schönen Namen „Exzellenzcluster“ erfunden haben – auf alle Fälle ein fruchtbares Umfeld für einen Naturwissenschaftler, einen Astronomen zumal. Hasingers Büro liegt im Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, an das er im Jahr 2001 zum Direktor berufen wurde. Zurück zu den Wurzeln. Denn im Dunstkreis dieses Instituts hatte alles begonnen. „Mein Weg zu den Sternen verlief im Zickzack“, sagt Hasinger, lächelt verschmitzt (was er gern und oft tut) und beginnt zu erzählen.

Tüfteln an der Tontechnik

Bei den meisten Astronomen geht die Karriere so: Mit sieben das erste Buch über die Planeten verschlungen, mit zwölf Mitglied in einer Volkssternwarte geworden, mit fünfzehn ein Fernrohr gebaut, danach Astrophysik studiert, promoviert, habilitiert. Bei Günther Hasinger ging die Karriere anders. Eigentlich wollte er Medizin belegen, vielleicht, weil seine Mutter Ärztin ist. Einen Studienplatz für Biochemie an der Universität Clausthal- Zellerfeld lehnte er ab. Daneben existierte die Band. Die brauchte nicht nur Musiker, sondern jemanden, der sich um das Equipment kümmerte. Einen wie Hasinger: „Wenn es was zu löten gab, musste ich ran“, sagt er.

Let it rock: Günther Hasinger in den siebziger Jahren bei einem Auftritt mit der Band Saffran.

Und es gab viel zu löten. Allmählich entwickelte sich der Rocker zum Experten für das Innenleben von Boxen und Verstärkern. Mit Zellorganellen und Glykolyse hatte das eher wenig zu tun. Bald erwuchs der Wunsch, Tontechniker zu werden. Dazu war unter anderem ein Physikstudium gefordert. So schrieb sich Günther Hasinger im Oktober 1975 an der Münchner Ludwig-Maximilians- Universität eben in Physik ein.

Während der ersten Semester erlernte er die Maschinensprache Algol und programmierte Spiele wie Mastermind oder Mondlandung. Irgendwann endete die Ära der Lochstreifen; Tastatur und Bildschirm ersetzten den Teletyper. Jetzt konnte man direkt mit dem Computer kommunizieren. Der junge Mann war von den neuen Möglichkeiten fasziniert.

Warum Hasinger heute weder Informatiker noch Tontechniker ist, hat mit Rudolf Kippenhahn zu tun, damals Direktor am Max-Planck-Institut für Astrophysik. Und mit einer himmlischen Ausnahmeerscheinung. Obwohl: Als „Ausnahmeerscheinung“ galten in Studentenkreisen einst auch Kippenhahns Vorlesungen. „Die waren ein Event, zu dem man regelmäßig seine Freundin mitgenommen hat“, erinnert sich Hasinger und lächelt eine Spur verschmitzter als sonst. So oder so: Das Interesse an der Astronomie war geweckt.

Nun endlich zum Himmel. Hasinger hatte mittlerweile Astrophysik und Optik als Nebenfächer gewählt und sollte an der Sternwarte Bogenhausen ein vierzehntägiges Blockpraktikum absolvieren. Seine Aufgabe: Die Messung der Bahnperiode eines Doppelsternsystems – zweier Sonnen, die einander umkreisen. Dann flammte plötzlich im Sternbild Schwan ein Lichtpünktchen auf. Bei einer solchen Nova strömt Materie von einem Stern auf einen anderen; dessen Oberfläche heizt sich dadurch so lange auf, bis die Wasserstoff-Fusion zündet und schlagartig große Mengen an Energie freisetzt. Nun bot die relativ nahe und sehr helle Nova Cygni 1978 den Astronomen die einmalige Gelegenheit, einen derartigen Prozess detailliert zu verfolgen.

Weil Hasinger am Bogenhausener Observatorium inzwischen als Einziger mit dem Spektrografen umzugehen verstand, war sein Schicksal besiegelt. Wochenlang musste der Praktikant in jeder klaren Nacht das Sternlicht auf den Spektrografenspalt fixieren. Am 21. September 1978, dieses Datum weiß Hasinger auswendig, war Schluss: „Da begann das Oktoberfest, und der Himmel über München wurde durch die künstliche Beleuchtung auf einen Schlag zu hell für weitere Beobachtungen.“

Radarfalle für Schwarze Löcher

Die langen Nächte mit der Nova prägen den jungen Studenten. Schon im folgenden Wintersemester belegt er bei Joachim Trümper, Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, eine Vorlesung über Röntgenastronomie. Damit endet der Zickzackkurs, Hasinger biegt in die Zielgerade ein. Von der Astrophysik – speziell der Röntgenastronomie – kommt er nicht mehr los. „Röntgenhintergrund und Kosmologie“, „Röntgeninstrumentierung und Teleskope“ heißen seitdem die Schlüsselworte seiner Forschung. Sie beweisen: Hasinger ist Tüftler und Grübler, so etwas wie ein praktischer Theoretiker unter den Astronomen. „Ein Gerät entwerfen, bauen und dann damit ein Ergebnis erzielen, das ist das Höchste“, sagt er. Dieses Credo prägt sein wissenschaftliches Tun. Neulich gingen ihm sogar Schwarze Löcher in die Radarfalle. Wie das kam?

Schlüsselloch ins All: Durch das Lockman Hole im Sternbild Großer Bär spähen Astronomen zu fernen Röntgenquellen.

Ein diffuses Leuchten erfüllt das gesamte Firmament: der so genannte kosmische Röntgenhintergrund. Mit bloßem Auge oder optischen Teleskopen ist er nicht zu sehen, weil die Erdatmosphäre diese energiereiche Strahlung abblockt; Satelliten mit Röntgenaugen indes nehmen sie wahr. Ende der neunziger Jahre hatten Maarten Schmidt, der spätere Nobelpreisträger Riccardo Giacconi, Joachim Trümper und Günther Hasinger gezeigt, dass sich das Hintergrundglimmen in Wirklichkeit aus vielen diskreten Quellen speist – ähnlich wie Galileo Galilei im 17. Jahrhundert das Band der Milchstraße mit dem Fernrohr in einzelne Sterne auflöste. Mithilfe von Röntgensatelliten spähten die Wissenschaftler durch das Lockman Hole im Sternbild Großer Bär. Weil in dieser Richtung absorbierendes Material wie Staub oder Wasserstoffwolken sehr dünn gesät ist, eröffnet das Beobachtungsfenster den Blick in kosmische Tiefen, hin zu weit entfernten extragalaktischen Objekten.

Hinter den einzelnen Lichtern des Röntgenhintergrunds verbergen sich hunderte Millionen Schwarzer Löcher. Diese Schwerkraftfallen saugen dank ihrer unwiderstehlichen Anziehungskräfte interstellare Materie oder gar ganze Sterne in sich hinein. Im heutigen Universum stecken massereiche Schwarze Löcher im Zentrum nahezu aller Galaxien – auch im Herzen der Milchstraße lauert eines.

Kosmischer Mahlstrom: Die künstlerische Darstellung zeigt den relativistischen Materiewirbel um ein schnell rotierendes Schwarzes Loch im Zentrum einer Akkretionsscheibe (orange). Das Licht der Atome, die auf den Beobachter zufliegen, ist zu kürzeren Wellenlängen (blau) verschoben und wesentlich heller als das Licht auf jener Seite, die sich vom Beobachter entfernt (rot).

Wenn Materie in den Schlund eines Schwarzen Lochs stürzt, rast sie in dem kosmischen Mahlstrom annähernd mit Lichtgeschwindigkeit herum und heizt sich dabei so stark auf, dass sie kurz vor ihrem Verschwinden hochenergetische Strahlung als eine Art letzten Hilfeschrei ausstößt. Werden sie im Zentrum aktiver Galaxien gut gefüttert, gehören die eigentlich unsichtbaren Schwarzen Löcher daher zu den leuchtkräftigsten Objekten im All.

Die chemischen Elemente in den Wolken um Schwarze Löcher senden Röntgenlicht mit charakteristischen Wellenlängen aus und lassen sich auf diese Weise durch ihren spektralen Fingerabdruck identifizieren. Für die astronomische Detektivarbeit eignen sich die Atome des Eisens besonders gut, da dieses Metall im Kosmos am häufigsten vorkommt, bei sehr hohen Temperaturen intensiv strahlt und im Spektrum eine deutliche Spur (eine Linie) zeigt.

Schnell bewegte Uhren laufen langsamer

Ähnlich wie die Polizei Schnellfahrer mittels Radarfallen stellt, weisen Astronomen die hohen Geschwindigkeiten, mit denen die Eisenatome ein Schwarzes Loch umkreisen, durch eine Wellenlängenverschiebung des Lichts nach. Diesem relativistischen Dopplereffekt überlagert sich wegen der großen Masse von Schwarzen Löchern die Gravitationsrotverschiebung – beides Phänomene, wie sie die Relativitätstheorie fordert. So postuliert die Spezielle Relativitätstheorie, dass schnell bewegte Uhren langsamer laufen; nach der Allgemeinen Relativitätstheorie gilt dies auch für Uhren in der Nähe großer Massen. Auf die elektromagnetische Strahlung übertragen heißt das: Die Wellenlänge des von Eisenatomen ausgesandten Lichts wird in den langwelligen, roten Teil des Spektrums verschoben. Dabei ergibt sich eine verbreiterte, asymmetrische Linienform, gleichsam ein verschmierter Fingerabdruck.

Deutlicher Fingerabdruck: das mit dem ESA-Satelliten XMM-Newton gemessene mittlere Röntgenspektrum von etwa 100 aktiven Galaxien des kosmischen Hintergrunds. Das bearbeitete Spektrum zeigt eine starke, relativistisch verbreiterte Eisenlinie, die auf Materie in unmittelbarer Nähe von Schwarzen Löchern schließen lässt.

Einen solchen Fingerabdruck der Eisenatome hat das Team um Günther Hasinger im Röntgenhintergrund aufgespürt. Aus der Stärke des Signals schlossen die Astronomen unter anderem auf die Anzahl der Eisenatome innerhalb der Materie. „Zu unserer Überraschung ist die chemische Häufigkeit von Eisen im Futter dieser jungen Schwarzen Löcher etwa dreifach größer als in unserem wesentlich später entstandenen Sonnensystem“, sagt Hasinger. Die Zentren der Galaxien im frühen Universum hatten offenbar eine außerordentlich effiziente Methode, Eisen zu produzieren – möglicherweise, weil in aktiven Galaxien besonders viele massereiche Sterne die chemischen Elemente bis hin zum Eisen vergleichsweise schnell erbrüten.

Die Breite der Linie deutet darauf hin, dass die Eisenatome dem Schwarzen Loch sehr nahe kommen und deshalb die meisten Schwarzen Löcher im Weltall vermutlich schnell rotieren. Denn sie reißen den sie umgebenden Raum mit wie ein Rührwerk den Teig. Hasinger: „Deshalb kann Materie, die in derselben Richtung um ein Schwarzes Loch fliegt, näher an das Massemonster gelangen, ohne hineinzufallen. Und so misst man hier höhere Geschwindigkeiten und eine größere Gravitationsrotverschiebung.“

Die Entdeckungen gelangen mit dem europäischen Röntgensatelliten XMM-Newton. Hier schließt sich der Kreis – denn dass die Sternwarte in der Erdumlaufbahn so genau die Weiten des Weltalls durchmustern kann, ist auch Günther Hasinger zu verdanken. Im Gegensatz zu Lichtstrahlen lassen sich Röntgenstrahlen schwer bündeln. Nur besonders geformte, extrem glatte und damit streuungsarme Spiegeloberflächen kommen dafür in Frage. Mit diesem Thema beschäftigt sich Hasinger in seiner Diplomarbeit. Darin untersucht er technologische Probleme beim Polieren von Röntgenoberflächen („Hasingersches Dreieck“) und trägt dazu bei, dass Jahre später der Spiegel des Satelliten ROSAT im Guinness-Buch der Rekorde steht – als glatteste Oberfläche der Welt: Verglichen mit der Größe des gesamten Bodensees entspricht das höchste „Gebirge“ auf dem Spiegel einer Kräuselung der Wasseroberfläche, wie sie ein hineingeworfener kleiner Kieselstein verursacht.

Nach dem Diplom will Günther Hasinger hoch hinaus – mindestens 40 Kilometer, so hoch wie der HEXE-Röntgendetektor in einer Ballongondel. Für das Experiment konstruiert der Student im Rahmen seiner Promotion am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik eine CCD-Kamera. Um an den Chip zu gelangen, zerlegt er eine der ersten handelsüblichen Videokameras, die Steuerung baut er neu. Darüber hinaus nimmt der Doktorand den Crab-Nebel ins Visier – mit nachhaltigen Folgen.

Ein neuer Stern im Stier

Die Geschichte des Objekts begann im Jahr 1054, als chinesische Astronomen im Sternbild Stier plötzlich einen „neuen Stern“ sahen, der wochenlang sogar am Tag strahlte. Was war passiert? Draußen im All hatte eine massereiche Sonne ihr Leben in einer gewaltigen Explosion ausgehaucht. Nahezu ein Jahrtausend später entdeckten die Astronomen am Ort der kosmischen Katastrophe einen Pulsar: einen ungefähr 20 Kilometer kleinen, extrem verdichteten Stern aus Neutronen. Weil der Drehimpuls erhalten bleibt, rotiert die Sternleiche rasch um die eigene Achse und sendet dabei über die Pole Strahlungskegel ins All. Wie die Lichtsignale eines Leuchtturms überstreichen sie periodisch die Erde, das Objekt blitzt 30-mal in der Sekunde auf.

Zwei Praktiker im Dialog: Günther Hasinger fachsimpelt mit dem Röntgenastronomen Peter Predehl.

In Wirklichkeit ist alles viel komplizierter: Die Astronomen registrieren jeweils zwei Haupt- und einen Zwischenpuls. Günther Hasinger erklärt das in seiner Doktorarbeit mit starken Magnetfeldern, die den einen Teil des Neutronenstern-Signals in Synchrotronstrahlung verwandeln (Hauptpulse), den anderen Teil auf gekrümmte Bahnen zwingen (Zwischenpuls). „Trompeten-Modell“ heißt das komplexe Konstrukt wegen seiner Geometrie. Irgendwie, so scheint es, kommt Hasinger von der Musik nicht los.

Supernovae, Neutronensterne, Schwarze Löcher: Überall dort, wo Materie unter Druck gerät oder Masse die Raumzeit verbiegt, bei Temperaturen von hunderten Millionen Grad oder bei Geschwindigkeiten nahe jener des Lichts fühlen sich die Röntgenastronomen wohl. So findet Günther Hasinger Mitte der achtziger Jahre seine wissenschaftliche Spielwiese. Joachim Trümper holt ihn ins ROSAT-Projekt, wo er an der Schnittstelle zwischen Hard- und Software agiert, Algorithmen für die Datenauswertung entwickelt und schließlich das Deep-Survey-Team leitet, das mit dem am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik gebauten Satelliten die Tiefen des Kosmos durchforstet. Längst sitzt Hasinger bei ROSAT in der ersten Reihe: „Wir hatten die Trampelpfad-Software, um alle Messungen auszuwerten.“

In dieser Zeit zeigen sich die beiden Gesichter des Wissenschaftlers besonders deutlich: Der Praktiker strickt die Lageregelungs-Software von ROSAT um, der nach dieser „Operation am offenen Herzen“ durch ein Magnetkompass-System sicher im Orbit stabilisiert wird. Der Theoretiker veröffentlicht ein viel beachtetes Erklärungsmodell für das spektrale Verhalten einer bestimmten Klasse von Röntgen-Doppelsternen; im Diagramm ähnelt deren Strahlungskurve einem „Z“, und Hasinger hat unter den Kollegen schnell seinen Spitznamen weg: „Zorro“.

Ende der achtziger Jahre fokussiert Hasinger seine Interessen auf extragalaktische Astrophysik und Kosmologie. 1994 wird er als Direktor an das Astrophysikalische Institut Potsdam berufen, vier Jahre später zum Vorstandssprecher. In Potsdam setzt er sich erfolgreich für den Bau des Large Binocular Telescope ein.

Heute kämpft er als Max-Planck- Direktor und Vorsitzender des Rats deutscher Sternwarten um die Zukunft seiner Forschungsrichtung. Wenn er darüber spricht, verflüchtigt sich das Lächeln schnell. Vor kurzem hat er eine Kampagne zur „Rettung der Grundlagenforschung im nationalen Weltraumprogramm“ gestartet. Denn die anhaltende Kürzung der Mittel bedrohe die Wettbewerbsfähigkeit der Wissenschaftler hierzulande.

„Wir stehen derzeit mit dem Rücken zur Wand“, sagt Hasinger. Die Förderung habe in den vergangenen Jahren um zwei Drittel abgenommen und sie tendiere inzwischen sogar gegen Null. „Deutsche Wissenschaftler müssen sich wieder an Projekten der europäischen Raumfahrtagentur ESA beteiligen können“, sagt er und fordert gleichzeitig die Wiederaufnahme eines nationalen Programms für Kleinstsatelliten; in diesem Sinne kämpft er um die Projekte ROSITA und XEUS. Mehr als 50 Forscher haben seinen Appell an die Politik unterschrieben.

Trotz solchen Ärgers: „Astrophysik“ sagt Günther Hasinger spontan, wenn man ihn nach seinen Hobbys fragt. Und Musik. Mit der wurde der Vater von zwei Söhnen – Biotechnologie studiert der eine, Physik der andere – im Herbst 2004 nachdrücklich konfrontiert. Die vor drei Jahrzehnten eingespielte LP Blue in Ashes erschien als CD. Alle Bandmitglieder von Saffran trafen sich zu einer Revivalparty. Dem Vernehmen nach ist es hoch hergegangen.

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