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Schwarze Löcher sind nicht schwarz

Virtuelle Teilchen lassen Schwarze Löcher strahlen

Schwarze Löcher sind definitionsgemäß schwarz, weil ihre Gravitation so groß ist, dass sie keinerlei Strahlung aussenden. Da ihnen selbst das Licht nicht entkommen kann, können wir sie nicht wahrnehmen. Um die Verwirrung komplett zu machen, haben Astrophysiker, allen voran Stephen Hawking, herausgefunden, dass Schwarze Löcher doch nicht schwarz sind, sondern eine gewisse Strahlung abgeben.

Kurze Lebenszeit für virtuelle Teilchen

Wie kann es sein, dass trotz der unvorstellbaren Gravitation, die alles festhält, immer noch Strahlung aus dem Schwarzen Loch entweicht? Dieses Phänomen kann nur quantenmechanisch erklärt werden. Das, was gemeinhin als Vakuum bezeichnet wird und das Weltall erfüllt, wimmelt auf subatomarer Ebene nur so vor Leben.

Hochenergetische Teilchen können zusammenprallen und kurzfristig neue Partikel samt zugehörigem Antiteilchen erschaffen, etwa Elektron und Positron. Diese Teilchen können überall im Raum vorhanden sein, existieren aber nur in extrem kurzen Zeitspannen, bevor sie sich wieder gegenseitig vernichten. Daher nennen die Physiker sie virtuelle Teilchen. Ein virtuelles Proton-Antiproton-Paar überdauert beispielsweise 10 hoch minus 24 Sekunden.

Virtuelle und reelle Teilchen

Diese virtuellen Teilchen können reell werden, wenn sie ausreichend Energie erwerben, zum Beispiel, wenn sie durch ein elektrisches Feld auseinander gezogen werden. Das gleiche passiert auch in der Nähe eines Schwarzen Loches. Die Gezeitenkraft kann ein virtuelles Teilchenpaar auseinander ziehen, so dass die Partikel genügend Energie erwerben. Ist der eine Partner näher am Schwarzen Loch, wird er hineingezogen und bleibt innerhalb des Horizontes zurück.

Dabei wird genug Energie frei, dass das andere Teilchen reell werden und dem Einflussbereich des Schwarzen Loches entkommen kann. Das Teilchen, das in das Loch fällt, hat einen negativen Energiebetrag, das andere Teilchen entwischt und kann positive Energie vom Loch wegtransportieren. Daher kann das Schwarze Loch also tatsächlich etwas abstrahlen und ist nicht vollständig „schwarz“.

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Der Hawking-Effekt

Die Konsequenz dieses als Hawking-Effekt bekannten Phänomens ist, dass ein isoliertes Schwarzes Loch, das keinerlei Materie von einem benachbarten Stern ansammelt, regelrecht verdampfen kann. Die Hawking-Temperatur, mit der ein Schwarzes Loch strahlt, ist für kleine Löcher hoch und für massereiche niedrig. Große Schwarze Löcher, die durch den Kollaps massereicher Sterne entstanden sind, haben demnach eine Temperatur von nur einem millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt. Das sind Temperaturen, die Wissenschaftler auf der Erde erst vor kurzem experimentell erreichen konnten.

Für diese Art von Schwarzen Löchern ist der Hawking-Effekt also vernachlässigbar. Da sie viel langsamer Energie abgeben, als sie durch die kosmische Hintergrundstrahlung beziehen, würde es Ewigkeiten dauern, bis sie verdampften. Nur wenn sich das Universum noch weitere 10 hoch 66 Jahre ausdehnen würde (was angesichts seines Alters von zurzeit rund 13,75 Milliarden Jahren eine unvorstellbar lange Zeitspanne ist), könnten Schwarze Löcher mit mehreren Sternmassen mit der Zeit verdampfen.

Die Strahlung, von der hier die Rede ist, lässt sich natürlich mit der von Sternen wie unserer Sonne überhaupt nicht vergleichen. Die Temperatur, die ein Schwarzes Loch besitzt und die Strahlung, die es abgibt, sind dermaßen winzig, dass sie nur für die theoretischen Überlegungen der Astrophysiker von Bedeutung sind.

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Stand: 16.03.2001

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Schwarze Löcher
Rätselhafte Phänomene an den Grenzen von Raum und Zeit

Zum Weiterlesen...
Links und Literatur

Ein unsichtbarer Stern, der alles festhält
Die Idee der Schwarzen Löcher ist nicht neu

Die Grenzen eines Schwarzen Loches
Der Schwarzschild Radius

Unendliche Dichte, heißes Gas und Materiejets
Wie ist ein Schwarzes Loch aufgebaut?

Verräterische Röntgenstrahlung
Schwarze Löcher können nur indirekt beobachtet werden

Wenn ein Stern sein Leben aushaucht
Schwarze Löcher von stellarer Masse sind Sternleichen

Ein Monster in ihrer Mitte
Aktive Galaktische Kerne enthalten supermassive Schwarze Löcher

Von Quasaren und Seyfert-Galaxien
Es gibt verschiedene Typen von aktiven Galaxien

Reise in ein Schwarzes Loch
Auswirkungen der Gravitation

Wenn man sich selbst von hinten sieht
Die besonderen optischen Eigenschaften eines Schwarzen Loches

Reisen durch Raum und Zeit
Gibt es Wurmlöcher und Weiße Löcher?

Schwarze Löcher sind nicht schwarz
Virtuelle Teilchen lassen Schwarze Löcher strahlen

Schwarze Löcher sind überall
Der Bedeutung der Schwarzen Löcher auf der Spur

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