Physiker: „Rotierende Schwarze Löcher könnten als sanfte Portale für die Hyperraumfahrt dienen“

– Bei der folgenden Übersetzung des englischen Originalartikels handelt es sich um eine vom Autor selbst nicht eigens autorisierte Übersetzung durch „Grenzwissenschaft-Aktuell.de“ (GreWi). GreWi gibt trotz großer Sorgfalt bei der Übersetzung keine Gewähr für eine allseits korrekte Übersetzung. Bitte bemühen und verweisen Sie bei einer eigenen Nutzung des Artikels stets auf das englische Original: „Rotating black holes may serve as gentle portals for hyperspace travel“, das von Prof. Gaurav Khanna (s. Abb. l.), Professor of Physics an der University of Massachusetts Dartmouth für das Portal „The Conversation“ verfasst und hier unter der „Creative Commons licence“ veröffentlicht wurde – also kostenfrei und von jedermann genutzt werden darf.

Eines der beliebtesten Science-Fiction-Szenarien ist die Nutzung eines Schwarzen Lochs als Portal in eine andere Dimension, Zeit oder in ein anderes Universum. Diese Fantasie könnte der Realität tatsächlich sehr viel näher kommen, als bislang gedacht.

Schwarze Löcher sind vielleicht die geheimnisvollsten Objekte im Universum. Sie sind die Folge der Schwerkraft, die einen sterbenden Stern vollständig zerquetscht und zur Bildung einer wahren Singularität führt. Dies geschieht, wenn ein ganzer Stern auf einen einzigen Punkt zusammengedrückt wird und so ein Objekt mit nahezu unendlicher Dichte entsteht.

Diese dichte und heiße Singularität schlägt dann ein Loch in die Struktur der Raum-Zeit selbst und eröffnet so möglicherweise eine Möglichkeit für eine Hyperraumreise – also eine Abkürzung durch Raum-Zeit, die es uns ermöglichen würde, in kurzer Zeit über gewaltige kosmische Entfernungen hinweg zu reisen.

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Bislang gingen Wissenschaftler davon aus, dass jedes Raumschiff, das versucht, ein Schwarzes Loch als ein derartiges Portal zu nutzen, mit dem Schlimmsten rechnen müsste: Die heiße und dichte Singularität würde dazu führen, dass das Raumschiff eine Reihe von immer stärkeren Gezeitendehnungen und -quetschungen durchlaufen, bevor es schließlich vollständig verdampft würde.

Mein Team von der University of Massachusetts Dartmouth und ein Kollege vom Georgia Gwinnett College haben nun aber gezeigt, dass nicht alle Schwarzen Löcher gleich sind: Wenn das Schwarze Loch wie Sagittarius A*, das sich im Zentrum unserer eigenen Galaxie befindet, groß genug ist und rotiert, so ändert sich die Perspektive für ein sich ihm näherndes Raumschiff dramatisch. Denn die Singularität, mit der ein Raumschiff zu kämpfen hätte, wäre dann eher sanft und könnte so eine sogar vergleichsweise friedliche Passage ermöglichen.

Der Grund dafür ist, dass eine solche Singularität innerhalb eines rotierenden Schwarzen Lochs technisch betrachtet „schwach“ ist und somit Objekte, die mit ihm interagieren, nicht schädigen würde.

Auf den ersten Blick mag diese Tatsache dem physikalischen Bild Schwarzer Löcher und ihrer Eigenschaften wiedersprechen. Aber man kann es sich als analog zu der üblichen Erfahrung vorstellen, den Finger schnell durch eine Kerzenflamme zu führen, ohne sich – trotz einer Temperatur von etwa 1.400 Grad – dabei zu verbrennen.

Mein Kollege Lior Burko und ich untersuchen seit über zwei Jahrzehnten die Physik von Schwarzen Löchern. 2016 machte sich meine Doktorandin Caroline Mallary, inspiriert von Christopher Nolans Blockbuster-Film „Interstellar“, an die Arbeit um zu untersuchen, ob Cooper (gespielt von Matthew McConaugheys), seinen Sturz tief in „Gargantua“ überstehen könnte – ein fiktives, supermassives, schnell rotierendes Schwarzes Loch, das etwa 100 Millionen Mal so größer sein sollte als unsere Sonne.

Der Film „Interstellar“ basiert auf einem Buch des Nobelpreisträgers Kip Thorne und Gargantuas physikalische Eigenschaften sind von zentraler Bedeutung für die Handlung dieses Hollywood-Films.

Aufbauend auf der Arbeit der Physikerin Amos Ori zwei Jahrzehnte zuvor und unterstützt von enormer Computer-Rechenleistung, erstellte Mallary ein Computermodell, das die meisten der wesentlichen physikalischen Auswirkungen auf ein Raumschiff oder ein großes Objekt erfassen würde, das in ein großes, rotierendes Schwarzes Loch wie Sagittarius A* fällt.

Sie entdeckte, dass ein Objekt, das in ein rotierendes Schwarzes Loch fällt, unter allen Bedingungen keine unendlich großen Auswirkungen beim Durchgang durch die sogenannte innere Horizontsignularität des Lochs erfahren würde.

Diese beschreibt jene Singularität, der ein Objekt, das in ein sich rotierende Schwarzes Loch eindringt, nicht ausweichen oder diese vermeiden kann.

Die Auswirkungen auf das Objekt wären also unter den richtigen Umständen nicht nur vernachlässigbar klein, sondern würden sogar einen geradezu bequemen Übergang durch die Singularität ermöglichen.

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Tatsächlich sollten keine spürbaren Auswirkungen auf das einfallende Objekt auftreten, was die Machbarkeit, große, rotierende schwarze Löcher als Portale für die Hyperraumfahrt zu nutzen, erhöht.

Mallary entdeckte auch ein Merkmal, das vorher nicht wirklich beachtet wurde: Nämlich die Tatsache, dass die Auswirkungen der Singularität im Zusammenhang mit einem rotierenden Schwarzen Loch zwar zu schnell zunehmenden Zyklen des Streckens und Quetschens auf die Raumfahrzeuge führen würden. Aber für sehr große Schwarze Löcher wie Gargantua wäre die Stärke dieses Effekts sehr gering. Das Raumschiff und alle anderen Personen an Bord würden es also nicht bemerken.

Zwar nimmt die physikalische Belastung eines Raumfahrzeugs, wenn es in ein Schwarzes Loch eindringt, zwar dramatisch zu – wächst aber nicht unbegrenzt. (Khanna/UMassD), weshalb es die Reise überstehen kann.

Der entscheidende Punkt ist hier, dass diese Auswirkungen nicht ohne Bindung zunehmen, sondern endlich bleiben, auch wenn die Belastungen für die Raumsonde tendenziell unbegrenzt wachsen, wenn sie sich dem Schwarzen Loch nähert.

Es gibt allerdings einige wichtige vereinfachende Annahmen und daraus resultierende Einschränkungen im Kontext von Mallarys Modell: Die Hauptannahme in ihren Modellen ist die, dass das betrachtete Schwarze Loch vollständig isoliert ist und somit keinen ständigen Störungen durch eine Quelle wie einen anderen Stern in seiner Nähe oder gar einer fallenden Strahlung ausgesetzt ist.

Obwohl diese Annahme wichtige Vereinfachungen zulässt, ist es wichtig anzumerken, dass die meisten Schwarzen Löcher von kosmischem Material umgeben sind: Staub, Gas, Strahlung. Daher wäre eine nützliche Erweiterung von Mallarys Arbeit, eine ähnliche Studie im Kontext eines realistischeren astrophysikalischen Schwarzen Lochs durchzuführen.

Mallarys Ansatz, mit einer Computersimulation die Auswirkungen eines Schwarzen Lochs auf ein Objekt zu untersuchen, ist im Bereich der Schwarz-Loch-Physik sehr verbreitet.

Es ist natürlich nicht nötig zu erwähnen, dass wir derzeit noch nicht die Fähigkeit haben, reale Experimente in oder in der Nähe von Schwarzen Löchern durchzuführen, so dass Wissenschaftler auf Theorie und Simulationen zurückgreifen müssen, um ein Verständnis zu entwickeln, indem sie Vorhersagen und neue Entdeckungen machen.

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© Gaurav Khanna / TheConversation.com / Creative Commons license

Andreas Müller

Fachjournalist Anomalistik | Autor | Publizist