Es steht außer Frage: Schwarze Löcher sind eines der extremsten Objekte, die im Universum existieren. Auf kleinem Raum konzentriert sich eine enorme Menge an Masse. Nichts, was sich einem Schwarzen Loch nähert, kann sich diesem auch entziehen. Nicht einmal Licht kann sich dieser Anziehungskraft entziehen.
Universum: Schwarze Löcher haben kein unendliches Leben, oder?
Laut dem Phänomen der Hawking-Strahlung, sollen Schwarze Löcher trotz ihrer Mächtigkeit langsam zerfallen. Astrophysiker gehen davon aus, dass der Zerfall mit der Krümmung des Raumes außerhalb des Ereignishorizontes zusammenhängt. Ist dieser stark gekrümmt, zerfällt das Schwarze Loch schneller. Bei der Vielzahl an Schwarzen Löchern, die in unserem Universum existieren, könnte durchaus die Frage aufkommen, wie viele von ihnen bereits zerfallen sind oder zumindest dabei sind, dies zu tun. Die Antwort ist überraschend: Keines davon steht vor dem Zerfall.
Die Wissenschaftliche Antwort für den Nicht-Zerfall
Um zu beantworten, wieso dieser Zerfall nicht stattfindet, betrachten wir zunächst einmal die Entstehung von Schwarzen Löchern. Dafür gibt es drei Möglichkeiten:
- Eine Supernova
- Die Verschmelzung zweier Sternenreste wie beispielsweise Neutronensternen
- Der direkte Zusammenbruch einer Gaswolke oder eines massiven Sterns
Alles drei Formen von Schwarzen Löchern existieren auch in unserem Universum.
Schwarze Löcher nähren sich durch alles, was auf ihren Ereignishorizont trifft. Wächst das Schwarze Loch, wächst auch die physikalische Größe des Ereignishorizontes mit. All diese Erkenntnisse zu Schwarzen Löchern im Universum liefert das supermassive Schwarze Loch unserer Galaxie.
Nun kommt die Hawking-Strahlung ins Spiel
Eine weitere Eigenschaft von Schwarzen Löchern im Universum ist, dass sie ständig Strahlung abgeben. Dadurch verlieren sie langsam an Masse und verdampfen. Der Grund für dieses Phänomen ist Folgender: Selbst in einem völlig leeren Raum ohne Materie oder Energie, besitzen Schwarze Löcher Quantenfelder. Dadurch existiert selbst in einem Vakuum eine Wechselwirkung, allerdings mit der niedrigsten Energie.
Solche Berechnungen werden von einem flachen und ungekrümmten Raum ausgehend durchgeführt. Kommt es aber zu einer Krümmung, die auch noch stark ist, gibt es einen Unterschied bei der Energie der Quantenfelder. Auf diese Weise wurde die Hawking-Strahlung entdeckt, da man die Unterschiede der Räume erkannte. Daraus lernen wir Folgendes:
- Wie viel Strahlung emittiert wird
- Die Höhe der Rate des Masse- und Energieverlustes
- Wie viel Einfluss dabei die Gesamtmasse des Schwarzen Loches und dessen Ereignishorizont hat
- Die Höhe der Temperatur der Strahlung aus dem Schwarzen Loch
Es zeigt sich, dass Schwarze Löcher mit einer geringen Masse eine schnelle und energiereiche Hawking-Strahlung haben. So sollten kleine Schwarze Löcher normalerweise am schnellsten zerfallen. Das kleinste Objekt im Universum hat etwa zweieinhalb Sonnenmassen. Die Strahlung bezieht es aus den Hauptquellen Sternenlicht und das Nachleuchten des Urknalls.
Eine Rechnung liefert die Antwort
Forscher gehen davon aus, dass sich eine Gesamtenergie von acht Millionen Elektronenvolt pro Kubikmeter im Universum befindet. Das Nachglühen des Urknalls, das heißt die kosmische Hintergrundstrahlung, soll etwa 30-mal größer sein. Damit müssen zwei Komponenten verglichen werden, um zu erkennen, ob Schwarze Löcher zerfallen.
Es wird die Hawking-Strahlung eines kleinen Schwarzen Loches mit einer Masse von 2,5-fachen der Sonne ausgehend betrachtet. Mit einer Temperatur von 25 Nanokelvin würde es 10 bis 29 Joule Energie pro Sekunde emittieren. Dasselbe Schwarze Loch würde durch Sternenlicht und kosmische Hintergrundstrahlung 800 Joule Energie pro Sekunde absorbieren.
Wie diese Berechnung zeigt, ist selbst ein kleines Schwarzes Loch nicht einmal nah dran, zu zerfallen. Ein einzelnes Photon aus der Hintergrundstrahlung enthält daher etwa eine Millionen Mal mehr Energie als die gesamte Hawking-Strahlung, die pro Sekunde von einem Schwarzen Loch emittiert wird. Pro Sekunde würde ein kleines Schwarzes Loch dafür 1.025 Photonen absorbieren. Das zeigt deutlich, dass jedes Schwarze Loch im Universum wächst, anstatt zu zerfallen.
Der Beweis ist daher eindeutig
Damit ein Schwarzes Loch zerfällt, müsste man entweder die Masse reduzieren oder einfach ziemlich lange warten, bis die kosmische Hintergrundstrahlung und die Energie der Sternenlichter sinken würde. Es zeigt sich also in dem Artikel von Forbes, dass Stephen Hawking mit seiner Theorie falsch lag. Denn Schwarze Löcher wachsen bislang immer weiter. So soll übrigens das erste Schwarze Loch entstanden sein. Außerdem wurde ein Schwarzes Loch aus der Zeit des Urknalls entdeckt.