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Schwarze Löcher | Die unsichtbaren Massegiganten im All


Erbar­mungs­los saugen die unsicht­baren Weltall­monster alles in sich hinein, was ihnen zu nahe kommt. Dabei ist die Anziehungskraft des schwarzen Loches so stark, dass ihm nicht ein­mal Licht entkom­men kann. Den Ereignishor­i­zont des schwarzen Lochs ein­mal über­quert, gibt es kein Zurück mehr. Nun wollen Wis­senschaftler aber ent­deckt haben, dass schwarze Löch­er sehr wohl etwas zurück­lassen. Raouf Sel­mi

Heutzu­tage wird der Begriff schwarzes Loch oft auch als Meta­pher ver­wen­det. Beispiel­sweise dann, wenn man zum Aus­druck brin­gen will, dass etwas ohne Effekt annäh­ernd unendlich viele Ressourcen ver­schlingt. Wie z.B. die Banken in der aktuellen Finanzkrise. Den­noch ist der Ver­gle­ich mit richti­gen schwarzen Löch­ern schlicht falsch. Geld, welch­es Banken ver­lieren, sei es nun an der Börse oder bei kon­ven­tionellen Invest­ments, geht nicht unweiger­lich ver­loren. Es steckt im End­ef­fekt ein­fach irgend­wo anders im Wirtschaft­skreis­lauf. Schwarze Löch­er im Weltall geben hinge­gen nie wieder her, was sie ein­mal ver­schlun­gen haben. Zumin­d­est laut dem bish­eri­gen Stand der Erken­nt­nisse.

Was sind schwarze Löcher?

Schwarze Löch­er wer­den in der Astro-Physik auch als Sin­gu­lar­ität der vierdi­men­sion­alen Raumzeit beze­ich­net. Das bedeutet: Jedes Objekt besitzt eine gewisse Masse. Die Sin­gu­lar­ität beschreibt dabei ein extrem dicht­es Objekt auf enorm kleinem Raum. Man kann sich das am besten am Beispiel ein­er Bleikugel vorstellen. Schwarze Löch­er sind aber um ein vielfach­es „schw­er­er“. Und zwar so viel mehr, dass sie sich nur the­o­retisch beweisen lassen. Darstellen und posi­tion­ieren, lassen sich Objek­te zudem immer in drei Dimen­sio­nen: Länge, Höhe und Tiefe. Die vierte Dimen­sion ste­ht dabei für die Zeit. Das ganze wird dann „Raumzeit“ genan­nt. Zusam­men­fassend lässt sich ein schwarzes Loch also als ein extrem massere­ich­es Objekt beschreiben, das sich im unendlichen Raum des Weltalls befind­et

Wie entstehen schwarze Löcher?

Die mys­ter­iösen Löch­er wer­den aus ein­sti­gen Ster­nen geboren. Aus Ster­nen, die ihre Energie „ver­braucht“ haben. Genau wie bei organ­is­chem Leben, z.B. uns Men­schen, den Tieren oder Pflanzen, ver­bren­nen auch Sterne Stoffe, um am Leben zu bleiben. Ist der Treib­stoff irgend­wann ein­mal aufge­braucht, kol­la­biert der Stern. Die Anfangs­masse eines Sterns, also sein Gewicht, seine Grösse und seine chemis­che Zusam­menset­zung, bes­tim­men seine Lebens­dauer. Nach dem Kol­laps eines jeden Sterns entste­hen in den meis­ten Fällen harm­lose kalte Objek­te, soge­nan­nte weisse Zwerge oder, falls genü­gend Masse vorhan­den ist, Neu­tro­nen­sterne. Weisse Zwerge sind kalt und sta­bil. Sie kön­nen ewig weit­erbeste­hen. Neu­tro­nen­sterne ver­hal­ten sich prinzip­iell gle­ich wie weisse Zwerge, besitzen aber eine höhere Masse. Besitzt ein Stern vor seinem Kol­laps genü­gend Masse, kann es sein, dass er in sich zusam­men­fällt – ein Prozess, der, ein­mal aus­gelöst, nicht wieder rückg.ngig gemacht wer­den kann. Es bildet sich ein Ereignishor­i­zont und ein schwarzes Loch entste­ht. Unter dem Begriff Ereignishor­i­zont ver­ste­hen Astro-Physik­er die Gren­zfläche zwis­chen Raum und Zeit. Ein Ereignishor­i­zont kann man sich auch als den „point of no return“ vorstellen. Wurde diese Schwelle ein­mal über­schrit­ten, gibt es kein Zurück mehr. Man fällt in das schwarze Loch. Ereignisse jen­seits dieses Hor­i­zontes sind prinzip­iell nicht sicht­bar, da das Objekt kein Licht entwe­ichen lässt. Ein schwarzes Loch ist dem­nach gar kein Loch und es ist auch nicht schwarz. Schwarze Löch­er sind ein­fach extrem schwere Objek­te und im Grunde genom­men unsicht­bar. Fälschlich­er Weise sprechen die Pop­ulär­wis­senschaften immer davon, dass schwarze Löch­er alle Materie auf­saugen. Tat­säch­lich saugen schwarze Löch­er aber nicht. Die Anziehungskraft eines schwarzen Lochs ist ein­fach gröss­er. Es ist sog­ar möglich, in ein­er sta­bilen Umlauf­bahn um ein schwarzes Loch herum zu kreisen. Kommt man aber zu nahe her­an, ist es für Materie nicht mehr möglich, der Anziehungskraft zu entkom­men.

Die Informationsgrenze

Die Infor­ma­tion­s­gren­ze darf fol­gen­der­massen ver­standen wer­den: Materie, die hin­ter den Ereignishor­i­zont eines schwarzen Loches gelangt, ist für uns nicht mehr zugänglich. Unsere­ins würde sagen: Sie ist ver­loren. Dieses Szenario würde aber gegen alle Regeln der Physik ver­stossen, denn diese besagen: Egal, was mit einem Stoff oder einem Objekt geschieht, die Infor­ma­tio­nen gehen nie vol­lkom­men ver­loren. Ein kleines Beispiel zur Ver­an­schaulichung: Ein Stück Holz kann man ver­bren­nen. In der daraus resul­tieren­den Asche befän­den sich aber nach wie vor die Infor­ma­tio­nen über das besagte Stück Holz. Das Holz hat sich lediglich in eine andere Form ver­wan­delt, näm­lich in Rauch und Asche. Zer­stört wurde dem­nach nur die Struk­tur, nicht aber die Infor­ma­tion. Laut Mar­tin Blau, Pro­fes­sor für Astro­physik an der Uni­ver­sität Bern, ist es naiv zu glauben, dass die Infor­ma­tio­nen ver­loren seien, nur weil sie in ein schwarzes Loch gestürzt sind: „Die Tat­sache, dass wir zu ein­er Infor­ma­tion keinen Zugang mehr haben, gilt nicht als Beweis, dass sel­bige Infor­ma­tion ver­loren ist.“ ‚so Blau. Der Mond sei ja auch nicht ver­loren, solange wir ihn nicht sehen kön­nen. „Würde man also, rein the­o­retisch, hin­ter­her sprin­gen,“ erk­lärt Blau weit­er, „würde man die Infor­ma­tion wom­öglich wieder find­en.“

Das Phänomen der Hawkingstrahlung

Die Infor­ma­tion­s­gren­ze und die 1974 pos­tulierte These über die Hawk­ingstrahlung, haben nur indi­rekt etwas miteinan­der zu tun. Stephen Hawk­ing ent­deck­te mit Hil­fe der Rel­a­tiv­itäts-The­o­rie, dass schwarze Löch­er Strahlung abgeben und präsen­tierte auch gle­ich den Grund und den Ursprung sel­biger Strahlung. Hawk­ing geht von ein­er the­o­retis­chen Annahme aus, dass sich unmit­tel­bar beim Ereignishor­i­zont zwei Teilchen bilden kön­nten, soge­nan­nte Virtuelle Teilchen. Diese Teilchen­pärchen existieren nur Bruchteile ein­er Tausend­s­telsekunde. Nach ihrer Entste­hung zer­stören sie sich wieder selb­st. Durch ihr Ver­hal­ten und ihre Kur­zlebigkeit, gel­ten die Teilchen als „Nicht-real“. Eines der Teilchen ist mit pos­i­tiv­er und das andere mit neg­a­tiv­er Energie geladen. Hawk­ing zufolge sollen diese Teilchen in der Nähe eines Ereignishor­i­zontes opti­male Entste­hungs­be­din­gun­gen haben. Hawk­ing geht in sein­er The­o­rie davon aus, dass das pos­i­tiv geladene Teilchen dem schwarzen Loch entkommt, während das neg­a­tive geladene ins schwarze Loch hine­in­fällt. Wenn sich die Teilchen also nicht wieder gegen­seit­ig zer­stören, begin­nen sie, real zu existieren. Diese real gewor­de­nen Teilchen, sollen die Erk­lärung für die Strahlung der schwarzen Löch­er sein. Die Hawk­ing-Strahlung stammt dem­nach nicht aus dem schwarzen Loch, son­dern unmit­tel­bar von dessen Ereignishor­i­zont. Das Prob­lem von Hawkins The­o­rie liegt in der Tat­sache, dass jenes Teilchen mit neg­a­tiv geladen­er Energie ins schwarze Loch fällt: Dieses würde näm­lich bewirken, dass das schwarze Loch an Masse ver­liert, genau wie bei ein­er sim­plen Rech­nungsauf­gabe: 100 +(-1) = 99. Somit müsste, laut der the­o­retis­chen Physik, das schwarze Loch anfan­gen zu schrumpfen. Weil schrumpfende Masse immer mit einem Tem­per­at­u­ranstieg ver­bun­den ist, ging Hawk­ing davon aus, dass sich das ganze in einem riesi­gen Knall entlädt und das schwarze Loch qua­si ver­dampft. Und genau an diesem Punkt löste Hawk­ing eine bis heute andauernde Kon­tro­verse aus: Wenn ein schwarzes Loch auf­grund dieses Phänomens aufhören würde zu existieren, dann wäre die zuvor ver­schlun­gene Materie unweiger­lich ver­loren. Somit spricht Hawk­ing nicht mehr von ein­er Infor­ma­tion­s­gren­ze son­dern vom total­en Infor­ma­tionsver­lust.

Neue Erkenntnisse

Über 30 Jahre nach dem Hawk­ing seine The­o­rie veröf­fentlichte, gab er an ein­er Vor­lesung zu, wom­öglich Fehler gemacht zu haben. Ob schwarze Löch­er let­ztlich doch etwas zurück­lassen, kon­nte aber bis heute nicht bewiesen wer­den. Neue Erken­nt­nisse liefern die erst kür­zlich bei einem Exper­i­ment fest­gestellte Geschwindigkeit von Neu­tri­nos. Neu­tri­nos sind winzig kleine Teilchen, die sich rund anderthalb­mal so schnell bewe­gen kön­nen wie Licht. Diese Ent­deck­ung stellte Ein­steins Rel­a­tiv­itäts-The­o­rie gän­zlich auf den Kopf. Wenn die Licht­geschwindigkeit nicht die physikalis­che Ober­gren­ze der Geschwindigkeit markiert, so wie Ein­stein in der Rel­a­tiv­itäts-The­o­rie darstellte, kön­nte es dur­chaus sein, dass es andere Teilchen gibt, die einem schwarzen Loch entkom­men kön­nten.

Quellen:
Inter­view mit Prof. Blau — Uni Bern

Inter­net:
http://de.wikipedia.org/wiki/Ereignishorizont
http://de.wikipedia.org/wiki/Hawking-Strahlung
http://www.astronomia.de/index.htm?http://www.astronomia.de/kernfusion.htm
http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/0,1518,768646,00.html
http://flar.phsk.net/physik/astro/blackhole/blackhole.pdf

Doku­men­tarfilme:
Die Geheimnisse des Uni­ver­sums
Schwarze Löch­er
Geheimnisse der Quan­ten­physik
Stephen Hawk­ing
Par­al­lelu­ni­versen
Schwarze Löch­er – Materiefress­er im All
Mys­te­rien des Weltalls Teil 6

Bilder:
Bild 1
Bild 2

Bild 3

 

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