Wie sieht ein Schwarzes Loch von innen aus?

Ein Schwarzes Loch ist ein erstaunliches Phänomen. Es ist unsichtbar, weil es nicht einmal Licht entkommen lässt. Trotzdem lässt es sich abbilden. Es konzentriert Masse in einem sehr kleinen Teil des Raums – so klein, dass die herkömmlichen Gesetze der Physik ihre Bedeutung verlieren. Trotzdem kommen die Physiker seinen Geheimnissen immer näher. Eines davon besteht darin, wie ein Schwarzes Loch innen aussieht. Schwarz, das ist klar, ist es dort nicht. Ganz im Gegenteil. Im Inneren konzentrieren sich ja all die Masse und Energie, die dem Ereignishorizont nicht mehr entfliehen können. Könnte man in einem Schwarzen Loch sehen, müsste man dort also jede Menge Helligkeit bemerken.

Oder nicht? Tatsächlich besteht die gängige Vorstellung darin, dass ein Schwarzes Loch vor allem eines ist: leer. All die Masse konzentriert sich demnach in seinem Zentrum, wo es zur Herausbildung einer Singularität kommt, eines Lochs in der Raumzeit. Aber ist das wirklich so? Das bezweifeln die Verfasser einer neuen Studie. Sie sagen: Schwarze Löcher sind in Wirklichkeit riesige Haarbälle, wie Katzen sie gern aus ihren Verdauungsorgänen würgen. Gut, ganz so steht das nicht in der Studie – der Vergleich ist von mir.

Eigentlich versuchen die Autoren mit ihrem Paper, die Debatte über Stephen Hawkings berühmtes Informationsparadoxon zu beenden. Es ist durch Hawkings Schlussfolgerung entstanden, dass alle Daten, die in ein schwarzes Loch eindringen, es nie wieder verlassen können. Diese Schlussfolgerung steht im Einklang mit den Gesetzen der Thermodynamik, aber im Widerspruch zu den fundamentalen Gesetzen der Quantenmechanik. “Die Stringtheorie hat uns gezeigt, dass die gesamte Masse eines Schwarzen Lochs nicht in das Zentrum gesaugt wird”, so Samir Mathur, Hauptautor der Studie und Professor für Physik an der Ohio State University. “Das Schwarze Loch versucht, die Dinge bis zu einem gewissen Punkt zusammenzudrücken, aber dann werden die Teilchen auf diese Strings gespannt, und die Strings beginnen sich zu dehnen und auszudehnen, und es entsteht ein Art Garnknäuel, das sich ausdehnt und das gesamte Schwarze Loch ausfüllt.”

“Je größer das Schwarze Loch ist, desto mehr Energie wird hineingesaugt, und desto größer wird das Knäuel”, so Mathur. Eine von ihm verfasste Studie aus dem Jahr 2004 ergab, dass die Stringtheorie, die Lösung für Hawkings Paradoxon sein könnte. Mit dieser Haarball-Struktur strahlt das Loch wie jeder normale Körper, und es gibt kein Rätsel. Aber die innere Struktur des Lochs ändert sich. In den letzten Jahren haben deshalb andere Physiker versucht, Hawkings Schlussfolgerungen mit dem alten Bild des Schwarzen Lochs in Einklang zu bringen, bei dem man sich das Schwarze Loch als leeren Raum mit all seiner Masse im Zentrum vorstellen kann. Eine Theorie, das Wurmloch-Paradigma, besagt, dass schwarze Löcher das eine Ende einer Brücke im Raum-Zeit-Kontinuum sein könnten, was bedeutet, dass alles, was in ein schwarzes Loch eintritt, am anderen Ende der Brücke – dem anderen Ende des Wurmlochs – an einem anderen Ort in Raum und Zeit wieder auftauchen könnte. Damit das Bild des Wurmlochs funktioniert, müsste jedoch ein Teil der niederenergetischen Strahlung an den Rändern des Schwarzen Lochs entweichen.

Mathur und Kollegen zeigen nun, dass schwarze Löcher in diesem Fall nicht so strahlen würden, wie sie es tun. Die Forscher untersuchten auch physikalische Eigenschaften von schwarzen Löchern, einschließlich Topologieänderungen in der Quantengravitation, um festzustellen, ob das Wurmloch-Paradigma funktionieren würde. “In jeder der Versionen, die für den Wurmloch-Ansatz vorgeschlagen wurden, fanden wir, dass die Physik nicht konsistent war”, sagte Mathur. “Das Wurmloch-Paradigma versucht zu argumentieren, dass man sich das Schwarze Loch in gewisser Weise immer noch so vorstellen kann, als sei es tatsächlich leer, wenn sich die gesamte Masse im Zentrum befindet. Und die Theoreme, die wir beweisen, zeigen, dass ein solches Bild des Lochs nicht möglich ist.”

Falls Sie also jemals in ein Schwarzes Loch stürzen sollten, dürfen Sie erwarten, dass jedes einzelne subatomare Teilchen, aus denen Sie bestehen, zu einem langen String verzerrt wird, der zusammen mit vielen anderen das Haarknäuel bildet, aus dem das Schwarze Loch sich zusammensetzt. Was passiert, wenn das Weltall diese Masse mal irgendwann herauswürgt (vielleicht aus einem Weißen Loch?), bleibt Ihrer Vorstellung überlassen.

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BrandonQMorris
  • BrandonQMorris
  • Brandon Q. Morris, 54, ist Physiker und beschäftigt sich beruflich und privat schon lange mit den spannenden Phänomenen des Alls. So ist er für den redaktionellen Teil eines Weltraum-Magazins verantwortlich und hat mehrere populärwissenschaftliche Bücher über Weltraum-Themen geschrieben. Er wäre gern Astronaut geworden, musste aber aus verschiedenen Gründen auf der Erde bleiben. Ihn fasziniert besonders das „was wäre, wenn“. Sein Ehrgeiz ist es deshalb, spannende Science-Fiction-Geschichten zu erzählen, die genau so passieren könnten – und vielleicht auch irgendwann Realität werden.