Schwarze Löcher - die ganze Geschichte
Teil 2
Ein Interview mit Prof. Clifford Will
Von der Washington University
Was passiert, wenn etwas zu nah
an den Ereignishorizont kommt?
Nichts wirklich Dramatisches.
Das Gravitationsfeld des Schwarzen Lochs 
würde einen Menschen,
der auf den Ereignishorizont zusteuert,
ein bisschen dehnen und quetschen.
So, wie der Mond die Erde dehnt und quetscht -
und so die Gezeiten verursacht.
Eine Uhr, die dieser Mensch
trägt, würde ganz normal weiterlaufen,
er würde in einer endlichen Zeit durch den Horizont fallen - 
alles würde normal erscheinen.
Aber für einen weit entfernten Beobachter
scheint es länger und länger zu dauern,
bis diese Person am Ereignishorizont ankommt:
die Berichte, die der Reisende schickt,
kommen in immer größeren Abständen.
Und der letzte Bericht, den der arme Mensch
unmittelbar vor dem Horizont sendet,
braucht eine unglaublich lange Zeit
bis er beim weit entfernten Beobachter ankommt.
Deshalb wurden Schwarze Löcher früher
von russischen Wissenschaftlern
„Gefrorene Sterne“ genannt,
weil es für einen entfernten
Beobachter aussieht,
als würde alles am Horizont einfrieren
und nicht weitergehen.
Wir wissen aber, dass der Reisende
den Horizont überquert 
und auf die Singularität trifft.
Die beiden Perspektiven sind also
scheinbar ganz unterschiedlich.
Wenn die Russen sie Gefrorene Sterne nannten,
warum nennen wir sie heute Schwarze Löcher?
Die Leute denken ja oft,
Physiker seien total langweilig,
aber wir wissen schon
das Eine oder Andere über Vermarktung.
Der Ausdruck "Schwarzes Loch" hat 
die Fantasie der Leute so sehr angeregt,
dass es für uns sehr hilfreich war.
Ok, Marketing ist eine Sache,
aber Schwarze Löcher sind so seltsam.
Es ist wirklich schwer zu glauben, 
dass es sie tatsächlich gibt.
Das ist richtig. Sie sind wirklich sehr befremdend.
Deshalb vermuteten Einstein
und viele seiner Zeitgenossen,
das sie gar nicht wahr sein konnten.
Zwischen den 1930er und 1950er Jahren 
dachten Physiker nicht viel darüber nach.
Sie hatten andere Prioritäten.
Sie beschäftigten sich mit der Atom-
und der Teilchenphysik.
Sie entwickelten Dinge wie Laser und Halbleiter.
Schwarze Löcher wurden erst seit den 
späten 1950er Jahren ernst genommen.
Erstens, weil man zeigen konnte, 
dass der Ereignishorizont keine Singularität war,
sondern sich ganz normal benahm.
Zweitens, weil man erkannte,
dass der Kern einer Supernova
- also eines explodierenden Sterns -
in sich zusammenfallen
und zu einem Schwarzen Loch werden konnte.
Und schließlich,
weil neue Satelliten-Röntgenteleskope
Systeme entdeckten, in denen Schwarze Löcher
tatsächlich existieren konnten.
Räumlich sind wir nur etwa 5 km,
aber zeitlich sind wir 90 Jahre gereist -
von Schwarzschilds altem Observatorium 
in dieses moderne Forschungsinstitut.
Hier arbeiten über 100 Wissenschaftler
an Einsteins Theorien.
Cliff, warum glaubten die Röntgenastronomen,
Schwarze Löcher zu sehen?
Was sie sahen, war ein Stern und ein kleines Objekt,
das um diesen Stern kreiste.
Dieses Objekt zog Gas von der Oberfläche des Sterns ab, 
das Gas kreiste dann um das Objekt,
und wurde durch die Reibung
auf sehr hohe Temperaturen erhitzt.
Dabei gab es Röntgenstrahlung ab,
die von den Satelliten gemessen werden konnte.
Als man alle Daten auswertete, wurde klar,
dass das Objekt sehr klein
und dabei sehr massiv sein musste - 
etwa zehnmal schwerer als die Sonne.
Das konnte nur ein Schwarzes Loch sein.
Aber nicht alle Schwarzen Löcher werden
mit der Röntgenstrahlung entdeckt?
Genau. Eine ganze andere Klasse
von Schwarzen Löchern wurden entdeckt,
als man im optischen- und Radiowellenspektrum
riesige Materiestrahlen beobachten konnte,
die von Objekten tief im Zentrum
von sehr massiven Galaxien ausgehen.
Reinhard Genzel hat es
in den letzten Jahren geschafft,
die Bahnen von Sternen zu vermessen,
die um ein Objekt im Zentrum
unserer eigenen Galaxie kreisen.
Sie untersuchten die Kreisbahnen genauer,
und stellten fest,
dass das zentrale Objekt nur ein Schwarzes Loch
mit etwa dreieinhalb Millionen Sonnenmassen sein kann.
Wie entstehen Schwarze Löcher?
Kommen sie vom Urknall?
Nein, wir glauben, dass sie
erst nach dem Urknall entstanden sind.
Zum Beispiel bei einer Supernova-Explosion,
wenn der Kern des Sterns zusammenfällt.
Oder auch in Galaxien. Dort können Schwarze Löcher
auf sehr große Massen wachsen.
Wie groß ist ein Schwarzes Loch im Schnitt?
Seine Größe hängt von der Masse ab. 
Ein Schwarzes Loch mit der Masse der Erde
wäre so groß wie mein Daumennagel.
Ein Schwarzes Loch mit der Masse unserer Sonne
ist etwa so groß wie eine kleine Stadt.
Ein Schwarzes Loch mit einer Milliarde Sonnenmassen
ist etwa so groß wie unser Sonnensystem.
Es sind also sehr massive kompakte Objekte.
Fangen alle Schwarzen Löcher klein an und wachsen, 
je mehr sie fressen?
Das kommt darauf an. Die Schwarzen Löcher,
die wir im Röntgenspektrum gesehen haben,
wachsen wahrscheinlich nicht viel.
Sie entstehen, wenn ein Stern zusammenfällt,
kreisen herum und sammeln ein wenig Gas,
das dann Röntgenstrahlung abgibt.
Aber die massiven Schwarzen Löcher
in den Zentren von Galaxien
wuchsen wahrscheinlich aus kleineren Kernen
mit etwa zehntausend Sonnenmassen heraus
und wurden millionen- oder sogar 
milliardenmal schwerer als die Sonne.
Wir wissen aber nicht genau, wie das funktioniert.
Das ist einer der wichtigen Fragen,
an denen wir heute arbeiten.
Glauben die Wissenschaftler,
dass Schwarze Löcher verschwinden könnten?
Nicht die astrophysikalischen Schwarzen Löcher, 
von denen wir gesprochen haben.
Aber es gibt einen Prozess, den Stephen Hawking
schon seit einigen Jahren diskutiert.
Wir nennen ihn heute "Hawking-Verdunstung".
Dieser Prozess verbindet Gravitation 
und Quantenmechanik,
so dass Schwarze Löcher verdunsten könnten,
indem sie Strahlung und Teilchen abgeben.
Aber dieser Prozess spielt nur
bei sehr kleinen Schwarzen Löchern eine Rolle.
Solchen, wie sie z.B.
am Large Hadron Collider entstehen könnten.
Bei astrophysikalischen Schwarzen Löchern
ist dieser Prozess so schwach,
dass er sie nicht beeinflusst.
Ich habe gehört,
dass man Schwarze Löcher nicht sehen kann,
sondern nur alles, was um sie herum ist. Stimmt das?
Bis jetzt stimmt das.  
Wir hoffen aber, dass wir eines Tages 
- vielleicht innerhalb der nächsten 10 Jahre -
Gravitationsstrahlung von Schwarzen Löchern beobachten.
Zum Beispiel, wenn zwei Schwarze Löcher 
immer schneller umeinander kreisen,
zu einem einzigen Schwarzen Loch verschmelzen,
und dabei Gravitationsstrahlung abgegeben.
Diese Gravitationsstrahlung kommt direkt 
von der gekrümmten Raum-Zeit des Schwarzen Lochs.
Das wäre eine ganz neue Methode, 
um solche Objekte zu beobachten.
Bisher wurden aber keine Schwarze Löcher beobachtet,
die Gravitationswellen aussenden?
Nein. Das ist eines der Ziele der aktuellen Generation
von Gravitationswellendetektoren überall auf der Welt.
Was kann man noch über Schwarze Löcher lernen?
Ist das jetzt nur der Anfang, oder weiß man fast alles?
Wüssten wir alles, wär's ja langweilig.
Dann würden wir was anderes machen.
Es gibt aber immer noch viele große Fragen:
Wie entstehen Schwarze Löcher?
Und woher kommen die massiven Schwarzen Löcher?
Außerdem: ist Einsteins Beschreibung
der Schwarzen Löcher wirklich korrekt?
Wir denken, dass Einsteins Theorie richtig ist,
aber sie macht genaue Vorhersagen
über die gekrümmte Raum-Zeit
in der Nähe von Schwarzen Löchern -
und wir wollen prüfen, ob diese wirklich stimmen.
Wie bist Du zu den Schwarzen Löchern gekommen?
Als ich vor 40 Jahren als Student anfing, 
stand diese Forschung noch am Anfang
und die Leute nahmen Schwarze Löcher noch nicht ernst.
Ich untersuchte also zunächst,
ob Einsteins Theorie überhaupt korrekt war.
Ich analysierte Experimente, die gemacht wurden.
Ich schlug sogar einige Experimente vor, 
die später auch ausgeführt wurden.
Alles, um die grundlegende Theorie zu bestätigen.
Denn wenn Du nicht an die Theorie glauben kannst,
ist es auch schwer, an ihre Vorhersagen
wie schwarze Löcher zu glauben.
Als ich mich später für
die Gravitationsstrahlung interessierte,
kam ich so richtig zu den Schwarzen Löchern,
weil miteinander verschmelzende Schwarze Löcher
zu den wichtigsten Quellen von Gravitationswellen gehören.
Gravitationswellen wurden noch nicht beobachtet, oder?
Wie können wir sicher sein, dass es sie gibt?
Es gibt immer mehr Beweise,
dass es Schwarze Löcher wirklich gibt.
Als die Röntgenquellen damals gefunden wurden, 
versuchten manche Leute, sie anders zu erklären.
Auch bei anderen Phänomenen wie Quasaren
wurden andere Erklärungen herangezogen, 
die nichts mit Schwarzen Löchern zu tun hatten.
Aber als die Beobachtungen immer genauer wurden, 
konnte man sie merkwürdigerweise doch
am besten mit Schwarzen Löchern beschreiben.
So funktioniert das in der Wissenschaft:
man sammelt Beobachtungen aus verschiedenen Quellen
und wenn alles zusammenpasst, 
beginnt man wirklich daran zu glauben,
dass diese Dinge da draußen existieren.
Dann macht man den nächsten Schritt 
und versucht sie über Gravitationswellen
und mit anderen Methoden zu finden.
Toll. Es war echt Klasse, heute mit Dir zu sprechen, Cliff!
Noch mehr über Schwarze Löcher gibt es unter www.scienceface.org.
Cliff Will wurde von Annalie Schutz interviewed.
Musik: Reziproke.
Dieser Film wurde vom Max-Planck-Institut
für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut)
und Milde Marketing Wissenschaftskommunikation produziert.
