FKK im Weltraum

Nackte Singularitäten: "Weiße Löcher" ohne Ereignishorizont würden einen direkten Blick auf die Singularität in ihrem Zentrum erlauben - einen Blick, den Physiker momentan eher fürchten als herbeiwünschen

Kosmologen haben derzeit ein Problem, das mancher von Nacktbade-Stränden kennt: Es ist unter Umständen sehr angenehm, wenn gewisse Dinge verhüllt bleiben. Das gilt auch für das Phänomen des Schwarzen Lochs. Weil dieses kosmische Ungetüm von einem Ereignishorizont umgeben ist, braucht sich die Wissenschaft nicht dafür zu interessieren, was innerhalb von dessen Radius wirklich passiert. Weil aus einem Schwarzen Loch nichts mehr nach außen dringt, könnten wir zwar Mutmaßungen anstellen, diese aber nie mit Beobachtungen belegen. Das ist deshalb praktisch, weil uns momentan noch die Physik fehlt, um die Vorgänge in der im Zentrum des Schwarzen Lochs schwebenden Singularität zu verstehen. Die physikalischen Gesetze, wie wir sie kennen, werden nämlich darin von der gegen unendlich strebenden Gravitation ebenso pulverisiert wie alles andere, das die Grenze des Ereignishorizonts überschreitet.

Leider macht den Physikern zunehmend ein Phänomen zu schaffen, dessen Existenz bisher nicht durch Beobachtungen belegt ist: die nackte Singularität (vgl. Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?). Bisher hat man versucht, das Problem einfach durch ein Theorem aus der Welt zu schaffen: der Physiker Roger Penrose postulierte 1969, dass Singularitäten wohl immer von einem Ereignishorizont umgeben sein müssten. Das Universum selbst verhindere als „kosmischer Zensor“ den Blick auf die Hässlichkeit einer Singularität. Es spricht sogar einiges dafür, dass Penrose Recht haben könnte. Denn ein Weißes Loch könnte unter anderem zu Verletzungen der Kausalität führen. Was in der Umgebung einer nackten Singularität passiert, wäre theoretisch zumindest mit den uns zur Verfügung stehenden Mitteln nicht vorhersagbar - ebensogut könnte man die Vorgänge dort als pure Magie betrachten.

Supermassives Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie. Bild: Nasa

Andererseits würden Weiße Löcher ein anderes kosmisches Phänomen erst ermöglichen, von dem Science-Fiction-Autoren bereits fleißig Gebrauch machen: das des Wurmlochs, in der Physik auch Einstein-Rosen-Brücke genannt. Wurmlöcher könnten direkte Verbindungen durch das Raum-Zeit-Kontinuum, vielleicht auch von verschiedenen Universen, ermöglichen - an ihren Enden stünden ein Schwarzes und ein Weißes Loch. Mathematisch ließ sich bereits zeigen, dass eine Abart dieser Verbindungen sogar für einen Menschen passierbar sein könnte. Als Toröffner bräuchte man nur ein Minimum an exotischer Materie - exotisch in dem Sinne, dass sie eine negative Energiedichte aufweisen müsste.

So weit in die Theorie wagen sich allerdings nur wenige Physiker vor - und, man muss es klar sagen, es geht hier bisher nicht um mehr als um rein mathematische Spielereien. Allerdings ist den Forschern bisher auch noch nicht gelungen, die Theorie des kosmischen Zensors zu beweisen. Zwar haben im vergangenen Jahr Simulationen des Zusammenstoßes zweier Schwarzer Löcher zumindest diesen Weg der Bildung einer nackten Singularität ausgeschlossen - es bleiben aber noch eine ganze Menge Fragen offen.

Simuliert man den Zusammenbruch eines massereichen Sterns, erscheint nämlich die Bildung eines Weißen Lochs durchaus möglich. Die Physiker stehen hier vor zwei Problemen: Einerseits ist es bisher kaum möglich, eine Nova im Computer mit allen nötigen Variablen zu simulieren. Sterne sind nicht homogen und nicht zu 100 Prozent kugelförmig - Annahmen, die bei vielen Simulationen zur Entstehung von Schwarzen Löchern benötigt werden. Andererseits zeigte sich in den Modellen, dass schon leichte Veränderungen der Anfangsbedingungen zu völlig unterschiedlichen Ergebnissen führen können. Mal entsteht im Computer kurzzeitig eine nackte Singularität, die bald ein Ereignishorizont versteckt, mal liegt von Anfang an ein Schwarzes Loch vor, und ab und zu ist ein stabiles Weißes Loch das Ergebnis.

Die Voraussetzungen für dessen Herstellung sind jedenfalls gar nicht so exotisch, wie man annehmen könnte. Man nehme einen unter der Gravitationskraft zusammenbrechenden Riesenstern, dessen Dichte nach außen hin abnimmt, ähnlich einer Zwiebel. Weil die Gravitationskraft von der Dichte der einzelnen Zwiebelschalen abhängt, wirkt sie innen stärker als außen. Die inneren Teile des Sterns kollabieren deshalb schneller als die äußeren zu einer Singularität. Dabei könnte es passieren, wenn der Stern ausreichend inhomogen ist, dass die einzelnen Schalen nicht genug Masse besitzen, um das Licht wie ein Schwarzes Loch einzufangen - die Singularität bliebe nackt.

Und warum nicht lieber wegschauen? Nackte Singularitäten erlaubten einen direkten Blick auf die Effekte der Quantengravitation, die dereinst die Allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantentheorie vereinen soll. Bisher versucht die Physik, sich Anregungen dafür aus der Frühgeschichte des Universums zu holen, als die Verhältnisse ebenfalls noch so extrem waren, dass die Allgemeine Relativitätstheorie sie nicht beschreiben kann. (Matthias Gräbner)