Ein im Labor erstelltes Analogon eines Schwarzen Lochs hat neue Indizien dafür geliefert, dass diese mysteriösen kosmischen Objekte Gasströme geladener Teilchen emittieren, berichtet Science Alert unter Berufung auf eine neue wissenschaftliche Studie, die in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde. Physiker behaupten, dass das Analogon eines von ihnen geschaffenen Schwarzen Lochs eine Temperatur hat, die eine Voraussetzung für die gleichnamige Strahlung ist, die von Stephen Hawking vorhergesagt wurde.
Schwarze Löcher strahlen nichts aus. Oder strahlt es aus?
Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie (GR) kann einem Schwarzen Loch nichts entkommen. Ihre Gravitationskraft ist so groß, dass selbst Licht, das schnellste Ding im Universum, nicht genügend Geschwindigkeit entwickeln kann, um aus seinem Einfluss auszubrechen. Entsprechend der allgemeinen Relativitätstheorie können Schwarze Löcher keine elektromagnetische Strahlung emittieren.
Dennoch schlug Hawkings Theorie von 1974 vor, dass Schwarze Löcher tatsächlich etwas emittieren könnten, wenn die Regeln der Quantenmechanik zu der Frage hinzugefügt würden. Es ist eine theoretische Art elektromagnetischer Strahlung, die nach Hawking selbst benannt ist.
Diese hypothetische Strahlung ähnelt der Schwarzkörperstrahlung, die durch die Temperatur eines Schwarzen Lochs erzeugt wird, die umgekehrt proportional zu seiner Masse ist. Wissenschaftler konnten es noch nicht direkt finden. Die ersten echten Bilder des Schwarzen Lochs wurden kürzlich aufgenommen, sodass noch alles vor uns liegt. Dennoch glauben Physiker, dass diese Strahlung, falls vorhanden, zu schwach wäre, um mit unseren modernen wissenschaftlichen Instrumenten gefunden zu werden.
Das Messen der Temperatur eines Schwarzen Lochs ist ebenfalls eine Herausforderung. Ein Schwarzes Loch mit der Masse der Sonne hat eine Temperatur von nur 60 Nanokelvin. Die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, die es absorbiert, ist viel höher als die Hawking-Strahlung, die es emittieren würde. Darüber hinaus ist die Temperatur des Schwarzen Lochs umso niedriger, je größer es ist.
Um Hawkings Hypothese zu testen, führten Physiker der Israel Technical University ein Experiment mit dem nächsten "Analogon" eines Schwarzen Lochs durch, das erfolgreich im Labor erstellt wurde.
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Ist Hawking-Strahlung real?
Es wurde 2016 vom israelischen Physiker Jeff Steinhower erfunden und ist ein Bose-Kondensat aus kalten Rubidiumatomen (auf fast absoluten Nullpunkt abgekühlt), bei denen sich die Atome mit Überschallgeschwindigkeit und bei dem anderen sehr langsam bewegen. Während der Bewegung erzeugt das Kondensat ein sogenanntes akustisches Schwarzes Loch, das Schall (Phononen) anstelle von Licht (Photonen) einfängt. Die in diesen Bereich eintretenden Schallquanten überschreiten eine Art "akustischen Ereignishorizont", da sie ihn nicht mehr verlassen können. Experten untersuchten die Eigenschaften des akustischen Analogons eines Schwarzen Lochs und kamen zu dem Schluss, dass sie theoretischen Modellen nahe standen, die das Vorhandensein von Hawking-Strahlung implizieren.
Bereits während des Experiments im Jahr 2016 konnten Steinhower und seine Kollegen nachweisen, dass im Bereich des akustischen Ereignishorizonts ihres Analogons eines Schwarzen Lochs ein Paar verwickelter Phononen entstehen kann, von denen eines von Atomen eines langsam fließenden Bose-Kondensats in den Weltraum abgestoßen wird und tatsächlich den Hawking-Strahlungseffekt erzeugt. Gleichzeitig kann ein anderes Phonon eines Paares aufgrund eines Hochgeschwindigkeitskondensats von einem Analogon eines Schwarzen Lochs absorbiert werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass Anfang dieses Jahres eine weitere Gruppe israelischer Physiker des Weizmann-Instituts unter der Leitung von Ulf Leonhardt ein eigenes Analogon eines Schwarzen Lochs erstellte, das die Glasfasertechnologie als Grundlage für den Ereignishorizont verwendete. Dann betrachteten die Wissenschaftler ein ähnliches beobachtetes Ergebnis als statistische Anomalie. Ein neues Experiment von Steinhauers Gruppe hat jedoch gezeigt, dass dies nicht der Fall ist. Das Ergebnis des neuen Experiments zeigte erneut, dass ein Photon in den hypothetischen Raum geworfen werden kann, während ein anderes von einem hypothetischen Schwarzen Loch absorbiert werden kann. Leonhardt hat den Erfolg der Steinhower-Gruppe bereits kommentiert:
Der Beweis, dass Hawking Recht hatte, wächst, aber diese neue Methode zur Bestimmung der Temperatur eines analogen Schwarzen Lochs könnte dazu beitragen, die Thermodynamik eines Schwarzen Lochs besser zu verstehen.
Nikolay Khizhnyak
