Schwarze Löcher strahlen nach ihrem Namen Rätsel aus. Sie sind unbeobachtbar, unkontrollierbar und - mehr als 50 Jahre nach ihrer ersten Vorhersage im Jahr 1916 - unentdeckt. Seitdem haben Astronomen Hinweise auf schwarze Löcher in unserem Universum gefunden, darunter ein supermassives Loch im Zentrum unserer eigenen Milchstraße. Über diese kosmischen Rätsel ist jedoch noch viel Unbekanntes bekannt, einschließlich dessen, was genau mit dem Zeug passiert, das sie mit ihrer titanischen Schwerkraft aufsaugen.
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Vor fünfzig Jahren half der Physiker John Wheeler, den Begriff "Schwarzes Loch" als Beschreibung für die kollabierten Überreste supermassiver Sterne bekannt zu machen. Laut Wheeler, der mehrere andere berühmte astronomische Begriffe wie "Wurmlöcher" geprägt und populär gemacht hat, stammte der Vorschlag von einem Publikum auf einer Astronomiekonferenz, auf der er sprach, nachdem er wiederholt den Ausdruck "Gravitationskollabierte Objekte zur Beschreibung des Kosmos" verwendet hatte Riesen.
„Nachdem ich diesen Satz vier oder fünf Mal verwendet hatte, sagte jemand im Publikum:‚ Warum nennst du es nicht ein Schwarzes Loch? ' Also habe ich das übernommen “, sagte Wheeler der Wissenschaftsautorin Marcia Bartusiak.
Wheeler gab einer Idee, die Albert Einstein 50 Jahre zuvor in seiner einflussreichen Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie erforschte, einen Namen. Einsteins Theorie zeigte, dass die Schwerkraft eine Folge der Verzerrung von Raum und Zeit durch die Masse von Objekten ist. Während Einstein sich dagegen wehrte, jemals die Möglichkeit von Schwarzen Löchern anzuerkennen, nutzten andere Physiker seine Grundlagen, um die galaktischen Monster auszurüsten. Der Physiker J. Robert Oppenheimer, berühmt für seine Atombomben, nannte diese Körper "gefrorene Sterne" in Anlehnung an ein Schlüsselmerkmal des Physikers Karl Schwarzschild, kurz nachdem Einstein seine Theorie veröffentlicht hatte.
Dieses Merkmal war der "Ereignishorizont": die Linie, die ein Schwarzes Loch umgibt, an dem es unmöglich wird, zu entkommen. Ein solcher Horizont existiert, weil in einer bestimmten Entfernung die Geschwindigkeit, die ein Atom benötigt, um sich von der Schwerkraft des Schwarzen Lochs zu lösen, höher ist als die Lichtgeschwindigkeit - die Geschwindigkeitsbegrenzung des Universums. Nachdem Sie den Ereignishorizont überquert haben, wird die gesamte Materie, die Sie umfasst, von intensiven Gravitationskräften gewaltsam zerkleinert und schließlich in den Punkt unendlicher Dichte im Zentrum des Schwarzen Lochs hineingedrückt, was als Singularität bezeichnet wird. Nicht gerade ein angenehmer Weg.
Diese detaillierte Erklärung des Todes durch das Schwarze Loch ist jedoch theoretisch. Die intensive Schwerkraft der Schwarzen Löcher verzerrt den Lauf der Zeit so sehr, dass für Beobachter außerhalb des Schwarzen Lochs Objekte, die ineinander fallen, langsamer werden und in der Nähe des Ereignishorizonts "einfrieren", bevor sie einfach verschwinden. (Was viel schöner klingt.)
Mit anderen Worten, trotz der Bedeutung dieses Ereignishorizonts haben Wissenschaftler ihre Existenz nie direkt nachgewiesen. Und weil es schwierig ist, schwarze Löcher zu finden (weil Licht ihnen nicht entkommen kann, sind sie für die meisten Teleskope unsichtbar), und noch weniger, sie zu beobachten, gab es nicht viele Möglichkeiten, es zu versuchen. In Ermangelung überzeugender Beweise haben einige Astrophysiker die Theorie aufgestellt, dass einige der Objekte, die wir als Schwarze Löcher bezeichnen, sich dramatisch von dem unterscheiden könnten, was wir bisher angenommen haben, ohne Singularität und ohne Ereignishorizont. Stattdessen können sie kalte, dunkle, dichte Objekte mit harten Oberflächen sein.
Diese Skepsis gegenüber Schwarzen Löchern begann jedoch ihre eigene Skepsis zu erregen, als Teleskope schließlich Schwarze Löcher in einer außergewöhnlichen Aktion einfingen. In den letzten sieben Jahren "sahen die Menschen, wie Sterne in schwarze Löcher fielen", sagt Pawan Kumar, Astrophysiker an der Universität von Texas in Austin, wo Wheeler übrigens zehn Jahre lang theoretische Physik unterrichtete. "Das sind sehr, sehr helle Dinge, die man in Milliarden von Lichtjahren Entfernung sehen kann."
Seitdem wurden mehr dieser hellen, relativ schnellen Sternschwalben beobachtet. Letztes Jahr entschied Kumar, dass diese Lichtemissionen einen guten Test für den Nachweis des Ereignishorizonts darstellen würden. "Die meisten Menschen in der Gemeinde gingen davon aus, dass es keine harte Oberfläche gibt", sagt Kumar. Er betont jedoch, "in der Wissenschaft muss man vorsichtig sein. Sie brauchen Beweise."
Daher haben Kumar und sein Mitarbeiter Ramesh Narayan vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics im Jahr 2016 berechnet, welche Art von Effekten zu erwarten sind, wenn ein von einem Schwarzen Loch verschluckter Stern wirklich auf eine harte Oberfläche trifft. Es wäre, als würde man ein Objekt gegen einen Felsen schlagen, sagt Kumar, und dabei eine intensive kinetische Energie erzeugen, die monatelang - oder sogar jahrelang - als Wärme und Licht emittiert wird.
Ein Scan von Teleskopdaten über dreieinhalb Jahre ergab jedoch keine Fälle von Lichtsignaturen, die er und Narayan berechneten, wenn Sterne auf ein schwarzes Loch mit harter Oberfläche treffen würden. Basierend auf der Wahrscheinlichkeit hatten die Forscher vorhergesagt, dass sie in diesem Zeitraum mindestens 10 Beispiele gefunden haben sollten.
Kumar nennt diese in diesem Jahr in der Zeitschrift Monthly Notices der Royal Astronomical Society veröffentlichte Studie einen "großen Schritt", um die Existenz des Ereignishorizonts zu beweisen. Aber es ist immer noch nicht ganz der Beweis. Ein hartes schwarzes Loch könnte theoretisch noch in den Berechnungen seiner Studie vorhanden sein. Aber der Radius dieser Oberfläche müsste innerhalb von etwa einem Millimeter des Schwarzschild-Radius des Schwarzen Lochs liegen, oder der Punkt, an dem die Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um der Schwerkraft zu entkommen, der Lichtgeschwindigkeit entsprechen würde. (Beachten Sie, dass der Schwarzschild-Radius nicht immer mit einem Ereignishorizont übereinstimmt, da andere Sternobjekte auch die Schwerkraft haben.)
"Die Grenzen, die dieses Papier dem Radius einer möglichen festen Oberfläche auferlegt - 4 Tausendstel Prozent außerhalb des Schwarzschild-Radius für ein supermassives kompaktes Objekt - sind beeindruckend", sagt Bernard Kelly, ein Astrophysiker der NASA, der an dieser Forschung nicht beteiligt war.
Kumar hat bereits in der Pipeline geforscht, um diese Grenze noch weiter einzugrenzen, bis es fast sicher ist, dass möglicherweise keine schwarzen Löcher mit harter Oberfläche existieren könnten. Für ihn wäre das ein verlässlicher Beweis dafür, dass traditionelle Schwarze Löcher die einzige Art von Schwarzen Löchern sind, die unser Universum besetzen. "Wenn es fertig ist, wird es meiner Meinung nach das Feld schließen", sagt Kumar. "Wir werden feste Beweise dafür haben, dass Einsteins Theorie richtig ist."
