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Kosmologie

So könnten Schwarzen Löchern Haare wachsen

Seit den 1970er Jahren glauben Physiker, dass Schwarze Löcher nur drei Eigenschaften haben: Masse, Ladung und Drehsinn. Nun zeigen zwei Forscher, dass ein viertes Charakteristikum zumindest denkbar ist.
Diese künstlerische Darstellung zeigt ein schnell rotierendes supermassereiches Schwarzes Loch, das von einer Akkretionsscheibe umgeben wird. Diese dünne Scheibe aus rotierender Materie besteht aus den Überresten eines sonnenähnlichen Sterns, der durch die Gezeitenkräfte des Schwarzen Lochs auseinandergerissen wurde.

Schwarze Löcher könnten doch so etwas wie Haare haben. Das berichten zwei amerikanische Physiker, nachdem sie aufwändige Computersimulationen durchgeführt haben. Demnach könnten extreme Anregungen eines speziellen Energiefelds über den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs hinausreichen und ihm neben Masse, Ladung und Drehsinn eine weitere beobachtbare Eigenschaft verleihen.

Das Energiefeld würde es aber nur geben, wenn in der Natur ein Elementarteilchen vom Typ der Bosonen vorkommt, das billiardenfach leichter ist als das Elektron. Ob das der Fall ist, ist völlig offen. Dennoch ist die Arbeit von William East vom kanadischen Perimeter Institute for Theoretical Physics und Frans Pretorius von der Princeton University spektakulär genug, um in der angesehenen Fachzeitschrift "Physical Review Letters" zu erscheinen.

Schwarze Löcher produzieren Materiematsch

Denn ihre Überlegung kratzt an einer Grundannahme der Physik Schwarzer Löcher: dem berühmten No-Hair-Theorem. Es geht auf einen Ausspruch des Gravitationsforschers John Archibald Wheeler zurück: "Schwarze Löcher haben keine Haare." Wheeler wollte damit Anfang der 1970er Jahre illustrieren, dass die Massemonster alles in ununterscheidbaren Materiematsch zermalmen. Sobald ein Atom einmal den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs passiert hat, lässt sich nicht mehr rekonstruieren, wie es aussah oder wo es herkommt.

Physikern zufolge lassen sich Schwarze Löcher nur anhand von drei Charakteristika unterscheiden: ihrer Masse, ihrer elektrischen Ladung und ihrem Drehsinn. Zwei Schwerkraftgiganten, bei denen diese drei Eigenschaften übereinstimmen, sind identisch – und das, obwohl sie aus klar unterscheidbaren Sternen erwachsen sind und vermutlich völlig andere Dinge gefressen haben.

Nun könnte man annehmen, dass ins Schwarze Loch stürzende Materie am Rand irgendwelche Spuren zurücklässt. Das sieht die in den 1970er Jahren ausgearbeitete Theorie der Giganten aber nicht vor – Schwarze Löcher haben eben keine Haare. Diese Annahme hat jedoch Folgen für das Weltbild der Physiker. Die Quantenphysik fußt auf der Annahme, dass sämtliche Information erhalten bleibt. Dazu zählen Physiker auch die Vergangenheit sämtlicher Atome im Universum.

Schwarzes Loch als Bombe

Schwarze Löcher bedrohen also gewissermaßen den Informationserhalt im Kosmos – ohne Haare können sie nicht Buch darüber führen, was sie im Lauf der Äonen alles verschlungen haben. Kein Wunder, dass Physiker seit Langem darüber nachdenken, ob Schwarze Löcher nicht doch so etwas wie eine Frisur haben. Stephen Hawking, auf den das "Informationsparadox" zurückgeht, hat sich beispielsweise wiederholt mit entsprechenden Vorschlägen hervorgetan.

Eine Situation, die Physiker seit Langem interessiert, ist das Zusammentreffen einer elektromagnetischen Welle und eines schnell rotierenden Schwarzen Lochs. Bereits vor 45 Jahren erkannten sie, dass die Giganten dabei Energie (und damit Masse) abgeben würden. Sofern ein Schwarzes Loch dauerhaft mit einem Energiefeld in Kontakt steht, könnte sich dieser Effekt sogar so weit aufschaukeln, dass in kurzer Zeit schlagartig eine riesige Energiemenge auf das Feld übertragen wird. Physiker sprechen von einer "black hole bomb".

Sie könnte vor allem dann explodieren, wenn ein Schwarzes Loch von Myriaden sehr leichter, schnell im Kreis fliegender Teilchen umgeben ist, die dem Sog des Giganten widerstehen. East und Pretorius haben diesen Extremfall nun am Computer simuliert und wagen eine Vorhersage, wie das Ganze ausgehen würde: Die Materiewellen ultraleichter Teilchen können demnach eine stabile Konfiguration rund um das Schwarze Loch einnehmen, die Lunte der "black hole bomb" erlischt gewissermaßen.

Nach und nach würden bis zu neun Prozent der Masse des Giganten auf das Energiefeld übergehen, vermuten die Forscher. Ein vergleichsweise gemächlicher Prozess, der das Feld jedoch in Schwingung versetzt – wie Haare ragen diese Anregungen fortan über den Ereignishorizont hinaus. Das wiederum würde die Form von Gravitationswellen verändern, die umeinander kreisende Schwarze Löcher abstrahlen. Irgendwann sollten Gravitationswellendetektoren diese Signale nachweisen können. Damit wären Physiker vielleicht in der Lage, die Theorie von East und Pretorius zu überprüfen.

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