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Kosmologie: Schwarze Sterne an Stelle Schwarzer Löcher?

Nach Einsteins Theorie kollabiert ein massereicher Stern am Ende zu einem Schwarzen Loch, das alles verschluckt, was ihm zu nahe kommt. Doch Quanteneffekte könnten den Kollaps bremsen und einen "Schwarzen Stern" erzeugen - einen ungemein dichten, schwach strahlenden Materieklumpen.
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Schwarze Löcher sind so populär geworden, dass sie öfter in Sciencefiction-Filmen auftreten. Kein Wunder, denn diese dunklen Überbleibsel kollabierter Sterne bergen unergründliche Geheimnisse.

Für theoretische Physiker sind Schwarze Löcher zunächst nur bestimmte Lösungen der von Einstein aufgestellten Feldgleichungen, des Kernstücks seiner allgemeinen Relativitätstheorie. Die Theorie beschreibt, wie Materie und Energie die Raumzeit deformieren, als wäre sie aus Gummi, und wie diese Krümmung der Raumzeit wiederum als Gravitation die Bewegung von Materie und Energie steuert. Aus den Gleichungen geht eindeutig hervor, dass es Raumzeitregionen geben kann, aus denen kein Signal einen entfernten Beobachter zu erreichen vermag. Solche Regionen enthalten einen Ort, an dem die Materiedichte unendlich groß wird; diese Singularität ist von einer leeren Zone extremer Schwerkraft umgeben, aus der nichts, nicht einmal Licht, entkommen kann. Eine abstrakte Grenze, der Ereignishorizont, trennt diesen Bereich vom Rest der Raumzeit. Im einfachsten Fall ist der Ereignishorizont eine Kugel; für ein Schwarzes Loch von der Masse der Sonne wäre sein Durchmesser nur sechs Kilometer groß.

So viel zu Sciencefiction und Theorie. Wie steht es um die Tatsachen? Eine Vielzahl astrophysikalischer Beobachtungen besagt, dass das Universum in der Tat einige extrem kompakte Himmelskörper enthält, die von sich aus praktisch keine Strahlung emittieren. Die dunklen Objekte haben zwischen einigen wenigen und mehr als einer Million Sonnenmassen, und ihre Durchmesser reichen von ein paar Kilometern bis zu Millionen Kilometern. Insoweit stimmen die besten Schätzungen der Astrophysiker und die Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie für Schwarze Löcher überein.

Aber sind die dunklen und massereichen Objekte, die von Astronomen aufgespürt werden, wirklich die Schwarzen Löcher aus Einsteins Theorie? Gewiss, bisher passen die Messungen ganz gut zur Theorie, doch sie selbst wirft durch die Art, wie sie Schwarze Löcher beschreibt, peinliche Fragen auf. Insbesondere geht aus der Aussage der allgemeinen Relativitätstheorie, in jedem Schwarzen Loch müsse eine Singularität stecken, paradoxerweise hervor, dass die Theorie an diesem Punkt versagt – wie das üblicherweise der Fall ist, wenn eine Theorie unendliche Größen liefert. Vermutlich scheitert die Relativitätstheorie hier, weil sie die in mikroskopischen Größenordnungen dominierenden Quanteneffekte nicht berücksichtigt. Darum suchen Forscher angestrengt nach einer so genannten Quantengravitation, die Relativitätstheorie und Quantenmechanik unter einen Hut bringt...
Februar 2010

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Februar 2010

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