Werden wir bald die erste Explosion eines Schwarzen Lochs sehen?
Forschende erwarten bald die Explosion eines Schwarzen Lochs. Warum das möglich ist und was es für die Physik bedeutet.
Künstlerische Darstellung eines primordialen Schwarzen Lochs kurz vor seiner Explosion: Forschende halten es für möglich, dass wir dieses kosmische Ereignis schon bald beobachten können.
Foto: NASA's Goddard Space Flight Center
Seit Jahrzehnten rätseln Physikerinnen und Physiker, ob Schwarze Löcher tatsächlich am Ende ihres Lebens explodieren. Bisher galt: Wenn überhaupt, dann passiert so etwas höchstens einmal alle 100.000 Jahre – und die Chancen, es live mitzuerleben, sind verschwindend gering.
Eine neue Studie der University of Massachusetts Amherst stellt diese Annahme nun auf den Kopf. Das Team um Andrea Thamm, Michael Baker, Joaquim Iguaz Juan und Aidan Symons kommt zu einem überraschenden Schluss: Die Wahrscheinlichkeit, in den kommenden zehn Jahren eine Explosion eines Schwarzen Loches zu beobachten, liegt bei bis zu 90 %.
Inhaltsverzeichnis
Auf den Spuren von Stephen Hawking
Normale Schwarze Löcher entstehen, wenn ein massereicher Stern am Ende seines Lebenszyklus kollabiert. Dabei bleibt ein Bereich der Raumzeit zurück, in dem die Schwerkraft so stark ist, dass selbst Licht nicht entkommen kann. Diese Objekte sind schwer, langlebig und stabil.
Doch schon in den 1970er-Jahren stellte Stephen Hawking eine andere Art von Schwarzen Löchern in Aussicht. Er vermutete, dass es sogenannte primordiale Schwarze Löcher (PBHs) geben könnte – Überbleibsel aus der Frühzeit des Universums, entstanden weniger als eine Sekunde nach dem Urknall. Diese PBHs wären sehr viel leichter als die „klassischen“ Schwarzen Löcher.
Genau hier setzt Hawkings berühmte Theorie an: Jedes Schwarze Loch besitzt eine Temperatur und kann Teilchen abstrahlen. Diese sogenannte Hawking-Strahlung sorgt dafür, dass das Schwarze Loch langsam an Masse verliert. Je kleiner es wird, desto stärker strahlt es, bis es schließlich in einer Explosion endet.
Warum wir die Explosion sehen könnten
Die Logik ist bestechend einfach: Kleine Schwarze Löcher verlieren durch Hawking-Strahlung immer schneller an Masse. Am Ende folgt ein Feuerwerk, das sich in Form hochenergetischer Strahlung bemerkbar macht.
„Je leichter ein Schwarzes Loch ist, desto heißer sollte es sein und desto mehr Partikel wird es abgeben. Wenn PBHs verdampfen, werden sie immer leichter und damit heißer und strahlen in einem unaufhaltsamen Prozess bis zur Explosion noch mehr Strahlung ab. Es ist diese Hawking-Strahlung, die unsere Teleskope erkennen können“, erklärt Andrea Thamm.
Bislang allerdings hat noch niemand ein PBH nachweisen können. Doch genau das könnte sich bald ändern. Joaquim Iguaz Juan sagt: „Wir wissen, wie man diese Hawking-Strahlung beobachtet. Wir können sie mit unseren derzeitigen Teleskopen sehen, und da die einzigen Schwarzen Löcher, die heute oder in naher Zukunft explodieren können, diese PBHs sind, wissen wir, dass wir, wenn wir Hawking-Strahlung sehen, ein explodierendes PBH sehen.“
Was bedeutet das eigentlich?
Primordiales Schwarzes Loch (PBH):
Ein Schwarzes Loch, das nicht durch den Kollaps eines Sterns entstanden ist, sondern kurz nach dem Urknall. PBHs könnten sehr klein und leicht sein – und damit heute am Ende ihrer Lebenszeit stehen.
Hawking-Strahlung:
Ein theoretischer Effekt, den Stephen Hawking in den 1970er-Jahren beschrieben hat. Schwarze Löcher geben winzige Mengen Strahlung ab. Je kleiner sie werden, desto stärker strahlen sie – bis zur Explosion.
Dark-QED-Modell:
Eine Art mathematisches „Spielzeugmodell“, das die bekannte elektrische Kraft nachbildet – nur mit hypothetischen Teilchen, etwa einem „dunklen Elektron“. Dieses Modell könnte erklären, warum PBHs heute noch existieren und bald explodieren.
Ein neues Modell wirft alte Annahmen über Bord
Die Forschenden aus Amherst haben ein sogenanntes Dark-QED-Modell entwickelt. Vereinfacht gesagt handelt es sich um eine Art Spiegelbild der uns bekannten elektrischen Kraft – nur mit hypothetischen Teilchen, etwa einem „dunklen Elektron“.
Bisher nahm die Wissenschaft an, dass Schwarze Löcher elektrisch neutral sind. Das Team hinter der neuen Studie stellt diese Annahme infrage. Michael Baker sagt dazu: „Wir zeigen, dass, wenn ein primordiales Schwarzes Loch mit einer kleinen dunklen elektrischen Ladung entsteht, das Spielzeugmodell vorhersagt, dass es sich vorübergehend stabilisieren sollte, bevor es schließlich explodiert.“
Das bedeutet: Anstatt alle 100.000 Jahre könnte eine solche Explosion viel häufiger vorkommen – vielleicht sogar alle zehn Jahre.
Was uns eine Explosion verraten würde
Sollte es tatsächlich so weit kommen, wäre das weit mehr als nur ein spektakuläres Ereignis am Himmel. Die Explosion würde einen regelrechten Teilchenkatalog freilegen. Dieser würde nicht nur bekannte Teilchen wie Elektronen oder Quarks enthalten, sondern auch bislang unbekannte. Selbst Teilchen der Dunklen Materie könnten sich darunter befinden.
„Dies wäre die erste direkte Beobachtung sowohl der Hawking-Strahlung als auch eines PBH. Wir würden auch eine definitive Aufzeichnung aller Teilchen erhalten, aus denen alles im Universum besteht. Das würde die Physik völlig revolutionieren und uns helfen, die Geschichte des Universums neu zu schreiben“, betont Iguaz Juan.
Zwischen Hoffnung und Skepsis
Natürlich bleibt ein Rest Zweifel. Das Team betont selbst, dass es sich nicht um eine Garantie handelt. „Wir behaupten nicht, dass dies in diesem Jahrzehnt mit Sicherheit passieren wird“, sagt Michael Baker. „Aber die Wahrscheinlichkeit dafür könnte bei 90 % liegen. Da wir bereits über die Technologie verfügen, um diese Explosionen zu beobachten, sollten wir bereit sein.“
Genau hier liegt der spannende Punkt: Zum ersten Mal seit Jahrzehnten gibt es eine realistische Chance, ein kosmisches Phänomen einzufangen, das bislang nur auf dem Papier existiert.
Blick in die Zukunft
Die nächsten Jahre könnten entscheidend werden. Teleskope auf der Erde und im All – etwa das Fermi-Gammastrahlen-Observatorium oder das Cherenkov Telescope Array – sind technisch in der Lage, die Signale einer Schwarzloch-Explosion aufzufangen. Nun liegt es an den Forschenden, die Daten im Blick zu behalten und auf die richtigen Signaturen zu achten.
Und wer weiß: Vielleicht steht in wenigen Jahren in den Schlagzeilen nicht mehr nur „erstes Bild eines Schwarzen Lochs“, wie 2019 beim Event Horizon Telescope, sondern „erste Explosion eines Schwarzen Lochs beobachtet“.
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