Schwarze Löcher sind anders

Während Stephen Hawking seine 30 Jahre alten Berechnungen über Schwarze Löcher korrigiert, stellt ein russischer Forscher neue Berechnungen vor, die vielleicht auch in 30 Jahren wieder der Korrektur bedürfen

Schwarze Löcher sind salopp gesagt altbekannte nimmersatte gigantische Vielfraße, die in den Tiefen des Universums hausen und gnadenlos Jagd auf jede Form von Materie sprich Energie machen. Alles, was ihnen zu nahe kommt, verschwindet in einem gewaltigen kosmischen Raum-Zeit-Strudel. Information kann ihnen nicht entkommen, so die bisherige allgemein gültige Theorie, der auch Hawking bisher folgte. Doch auf der kürzlich zu Ende gegangenen 17. Allgemeinen Relativitäts- und Gravitationskonferenz in Dublin gesteht Hawking seinen Fehler ein. Unterdessen berichtet ein russischer Forscher in "Science" über eine Computersimulation, bei der er mitsamt Team herausfand, warum und wie so genannte Jets starke Ströme von extrem gebündelten Partikeln aus massereichen Schwarzen Löchern herausschießen.

Jeder, der sich schon einmal imaginär bis an die Grenze des Undenkbaren gewagt und dabei gedanklich ins Innere eines Schwarzen Loches geflogen ist, dürfte den fiktiven Flug angesichts der bislang bekannten (astro-) physikalischen Parameter in schlechter Erinnerung behalten haben. Wer den poststellaren Rubikon, den Ereignishorizont, jene magische Grenze eines Schwarzes Lochs, bei dem die Fluchtgeschwindigkeit größer als die Lichtgeschwindigkeit wird, einmal gedanklich überschritten hat, kann sich in seiner Fantasie nur allzu gut ausmalen, dass ein solcher Trip in der Realität für jede Form von belebter und unbelebter Materie eine Reise ohne Wiederkehr sein muss.

Schwarze Löcher als kosmische Einbahnstraßen

Alles, was in ein Schwarzes Loch hinein fällt, ob Astronaut oder Raumschiff, zollt der dort vorherrschenden enormen Gravitation unweigerlich Tribut: Auch Sie, lieber Leser, würden in diesem Gebilde, das sich vom übrigen Universum abgetrennt hat, regelrecht zusammengequetscht und auseinandergezogen oder wie es einmal der bekannteste Astrophysiker unserer Epoche, der 62-jährige Brite Stephen Hawking pointierte "zu Spaghetti verarbeitet".

Aktuelle NASA-Aufnahme mit dem Röntgenteleskop Chandra von dem Galaxienhaufen Abell 2125, der 3 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Es darf davon ausgegangen werden, dass in den dort zu sehenden Galaxienzentren jeweils ein supermassives Schwarzes Loch haust. (Bild

Näherten Sie sich einem kosmischen Staubsauger dieses Kalibers, spürten Sie ein immenses Ziehen und Zerren, bis der "poststellare" Gezeiteneffekt Sie förmlich zu einem unförmigen Etwas umformt, besser gesagt zerfetzen würde. Ihr Sturz in die Singularität, jenem unendlich dichten und heißen zentralen Punkt eines Schwarzen Loches, in dem alle Qualitäten und Quantitäten von Raum, Zeit und Materie auf undefinierbare Art und Weise enden oder eine wie auch immer anders geartete "Wiedergeburt" erleben, entspräche also lange vor dem Erreichen des anvisierten Zielgebietes einem Fall ins Bodenlose.

Schließlich verlieren jenseits des Ereignishorizonts alle uns bislang bekannten Naturgesetze ihre Gültigkeit. Alle Ereignisse, die innerhalb dieser Zone geschehen, können von der Außenwelt (also dem gesamten restlichen Universum) nicht wahrgenommen werden. Mit anderen Worten: Der Ereignishorizont ist die Grenze jener Region der Raumzeit, aus der keine wie auch immer verdichtete Energieform entkommen kann. "Alle Dinge und Menschen, die durch den Ereignishorizont fallen, werden bald die Region unendlicher Dichte und das Ende der Zeit erreicht haben", brachte es Stephen Hawking in seinem Bestseller "Eine kurze Geschichte der Zeit" auf den Punkt.

Hawking-Strahlung

Schwarze Löcher waren für Hawking sei jeher so eine Art Steckenpferd, auf dem der renommierte Astrophysiker und Star-Trek-Fan respektive TNG-Star-Trek-Kurzdarsteller schon mehrfach mit Vorliebe rumgeritten ist. So überraschte der Brite bereits 1974 die Fachwelt mit einer Berechnung, der zufolge Schwarze Löcher entgegen allen Voraussagen gleichwohl eine schwache Strahlung aussenden können.

Diese nach ihm benannte Hawking-Strahlung könnte durch das Vorhandensein von Materie- und Antimaterieteilchen nahe am Ereignishorizont von mikroskopisch kleinen Schwarzen Löchern entstehen. Gestützt wird diese Annahme von der Quantenmechanik. Sie erlaubt, dass auf subatomarer Ebene zwei Teilchen, etwa ein Elektron und sein Pendant, das Positron, völlig aus dem Nichts ins Diesseits treten können, sofern sie sich in einem als Paarvernichtung bezeichnetem Prozess rekombinieren und dabei die für ihre Entstehung benötigte Energie wieder zurückgeben.

Hawkings alter Ansatz

Bei den größeren Vertretern dieser unwirklichen Gebilde, die im All in allen Größenklassen und Schattierungen ihr Unwesen treiben, sieht dies jedoch ein wenig anders aus. Denn alles, was in die Schlünde dieser nimmersatten kosmischen Allesfresser fällt ob Materie, Licht oder welche Informationen auch immer , geistert in diesen Gespenstern toter massereicher Sterne für alle Zeit und verliert sich für alle Ewigkeit in eine andere Welt, in ein Paralleluniversum, was immer schon willkommener Stoff für zahlreiche Science-Fiction-Filme war.

Nur in einer Parallelwelt könne die zuvor absorbierte Information gemäß der Quantenmechanik, wonach Materie und Energie, sprich Information, sich nicht einfach ins Nichts auflösen können, samt und sonders abgewandert sein. Fällt etwas in ein Schwarzes Loch, nimmt zwar dessen Masse zu; aber die Information darüber, was für ein Objekt verschluckt wurde, geht verloren. Dies dachte Hawking zumindest 30 Jahre lang. Während Hawkings Modell damals bei Kip Thorne vom California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena und anderen Kollegen großen Anklang fand, hielten andere Wissenschaftler wie Prof. John Preskill (ebenfalls Caltech) dagegen.

Hawkings 180-Grad-Wende

Jetzt vollzog Hawking eine 180-Grad-Wende. Information über die Art der zerstörten Materie könne durchaus erhalten bleiben, wenn auch unleserlich verstümmelt. "Es tut mir wirklich leid, alle Science-Fiction-Fans zu enttäuschen", bedauerte der Nachfolger von Isaac Newton auf dem Lehrstuhl der britischen Universität Cambridge. "Aber wenn die Information erhalten wird, gibt es keine Möglichkeit, um Schwarze Löcher für Reisen zu anderen Universen zu benutzen." Daher gebe es auch weder Baby-Universen noch Parallelwelten.

Gefräßiges Schwarzes Loch mit Akkretionsscheibe und Jets (Bild

"Wenn du in ein Schwarzes Loch springst, wird deine Massenenergie wieder in unser Weltall zurückgegeben allerdings in einer zermalmten Form, die keine Informationen mehr darüber enthält, wer du warst", erklärte Hawkings wohl nicht gerade zur Freude der Fans von Star Trek und Co. und auch nicht unbedingt zur Freude seiner Kollegen, die Mühe hatten, ihm zu folgen. "Um ehrlich zu sein, ich habe den Vortrag nicht verstanden", gestand Prof. John Preskill nach dem Referat Hawkings. 1997 hatte Hawking mit diesem darum gewettet, dass ein Schwarzes Loch ein kollabierter Stern alles zerstört, was von ihm aufgesaugt wird.

Bahn für Bahn ins Innere

Dass Wissenschaftler ihren Kenntnisstand über Schwarze Löcher nicht nur allein mit mathematisch-theoretischen Überlegungen, sondern auch via Computer-Simulation mehren können, beweist ein Experiment, über das Vladimir Semenov von Physikalischen Institut der Staatlichen Universität in Petersburg (Russland) in der aktuellen Ausgabe des US-Fachblatts Science berichtet. Im Mittelpunkt des Experiments ging es um so genannte Jets, die man vor allem in aktiven Galaxien beobachtet.

Jets in Aktion (Bild

Aktive Galaxien verfügen über ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum, das mithilfe seiner gigantischen Masse und Anziehungskraft Materie regelrecht verschlingt. Diese sammelt sich dann auf der so genannten Akkretionsscheibe und spiralt von dort Bahn für Bahn ähnlich einem Wasserstrudel langsam ins Innere des Zentrums. Infolge der stark aufgeheizten Materie entsteht in diesen Scheiben auch die Strahlung, anhand derer Schwarze Löcher zu lokalisieren sind. Vor allem entstehen hier auch die Jets, die vermutlich durch starke Magnetfelder gebündelt und beschleunigt werden.

Wenngleich vorerst noch unklar ist, warum die in zwei entgegengesetzte Richtungen laufende Strahlung überhaupt entsteht, gilt doch als sicher, dass diese sich mit hoher Geschwindigkeit einige 100.000 Lichtjahre weit in den intergalaktischen Raum bewegt. Ähnlich einem Flugzeug, das die Luft vor seinem Bug verdichtet, schiebt sie dabei die sehr dünn verteilte Materie vor sich her.

Computerexperiment löste Problem

Dennoch herrscht unter Astronomen schon seit langem darüber Rätselraten, wieso massereiche Schwarze Löcher so schnell rotieren und sich derart rasant um seine eigene Achse drehen, dabei zeitgleich Teilchen und Energie in sehr eng gebündelten Jets abstrahlen. Selbst Experten von Rang und Namen hadern noch heute mit der Frage, was um alles in dieser Welt sich diese kosmischen Mahlströme dabei denken, Teile ihrer Energie mit annährend Lichtgeschwindigkeit so kompakt und energiereich auszustoßen. Und warum schießen deren Jets so zielgerichtet in zwei Richtungen, anstatt alle Partikel gleichmäßig in alle Richtungen zu emittieren? Wie kommt es dazu?

Derweil stehen zwei Erklärungsmöglichkeiten hoch im Kurs. Als Energiequelle, die Jets generieren könnten, kommen zu einem die Akkretionscheiben um massereiche Schwarze Löcher (Quasare) in Frage, zum anderen die Rotation der Schwarzen Löcher selbst. Vladimir Semenov und seine Kollegen lösten das knifflige Problem erwartungsgemäß nicht via Teleskop, sondern im Computerexperiment. Das Modell, das sich hierbei herauskristallisierte, könnte eine Erklärung dafür sein, wie und warum Jets, die aus Plasma bestehen, aus Schwarzen Löchern herausschießen.

Mögliche Erklärung für die Jets aus der Computersimulation

In der Computersimulation vereinfachten Vladimir Semenov und seine Kollegen den magnetischen Fluss, indem sie ihn als dünne, sehr dehnbare Plasmafäden visualisierten. Dank dieser Vorgehensweise konnten die Forscher nicht nur den Weg und den Verlauf der einzelnen Fäden verfolgen, sondern auch festhalten, dass die Rotation des Schwarzen Loches die Plasmafäden schlichtweg mitreißt und herumwirbelt, bis sich das Ganze infolge der stark gekrümmten Raumzeit zu einem Jet verdichtet. Dann schießen die Jets an den Polen des Schwarzen Lochs entlang in dem Raum.

Zumindest das virtuelle Experiment spricht für diesen Ablauf. Aber vielleicht wird Semenov nach 30 Jahren seine Berechnungen - ähnlich wie Stephan Hawking heute - wieder revidieren. Schwarze Löcher sind eben unberechenbar, weil sie anders sind als alles andere in diesem Universum.

http://www.heise.de/tp/artikel/18/18114/1.html