Physikalisch unmöglich? Rotierende Schwarze Löcher könnten sich teilen

Bisher galt es in der Astrophysik als unmöglich, dass sich Schwarze Löcher aufteilen. Ein theoretisches Modell zeigt nun ein physikalisches Schlupfloch, durch das diese kosmischen Giganten unter extremen Bedingungen in zwei Teile zerfallen könnten.

Neues Modell für Schwarze Löcher

Schwarze Löcher kollidieren im Universum oft und verschmelzen zu massereicheren Objekten. Ein umgekehrter Prozess, bei dem sich ein einzelnes Schwarzes Loch in zwei eigenständige Fragmente aufteilt, galt in der Astrophysik bislang als ausgeschlossen. Forscher haben nun theoretisch berechnet, dass eine solche Teilung unter bestimmten physikalischen Voraussetzungen dennoch stattfinden könnte.

Das Haupthindernis für eine Teilung ist die gute, alte Thermodynamik. Nach den gängigen Gesetzen der Physik, insbesondere dem von Stephen Hawking im Jahr 1971 aufgestellten Flächentheorem, kann der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs nicht schrumpfen. Dass das Gesetz in der Praxis Bestand hat, bestätigten Forscher erst im Vorjahr durch die Beobachtung der Gravitationswellen-Kollision GW250114.


Die Oberfläche ist direkt mit der Entropie, also dem Maß für die Unordnung eines Systems, verknüpft. Würde sich ein gewöhnliches Schwarzes Loch teilen, wäre die Gesamtfläche der neuen Objekte kleiner als die des ursprünglichen, was thermodynamisch unmöglich ist.

Extreme Rotation als Ausweg

Einen Ausweg aus diesem vermeintlichen physikalischen Dilemma bietet die Rotation. Wenn ein Schwarzes Loch extrem schnell rotiert, verändert sich das Verhältnis zwischen seiner Masse, dem Drehimpuls und der Entropie. Dreht sich das Objekt nahezu mit der maximal möglichen Geschwindigkeit, könnte eine Teilung thermodynamisch günstig werden. Das gilt besonders dann, wenn eines der entstehenden Fragmente deutlich kleiner ist als das andere.

Wie eine Studie der Syddansk Universitet (PDF) zeigt (via Science Daily), reicht eine passende Entropie-Bilanz allein jedoch nicht aus. Die neu entstandenen Schwarzen Löcher müssen über ausreichend Energie und Impuls verfügen, um sich schnell voneinander zu entfernen. Andernfalls würde die immense Schwerkraft sie sofort wieder ineinanderstürzen lassen.

Der theoretische Vorgang der Teilung lässt sich anhand eines Raumzeit-Diagramms beschreiben. Die sich wandelnde Geometrie des Ereignishorizonts nimmt dabei die Form einer Hose an, bei der sich ein durchgehender Rumpf in zwei Beine aufspaltet.

Suche nach kleinen Fragmenten

Bislang wurde ein solches Ereignis im Kosmos nicht beobachtet. Laut der Studie dürften hypothetische kleine, primordiale Schwarze Löcher aus der Frühzeit des Universums anfälliger für eine Aufspaltung sein als große astrophysikalische Exemplare.

Ein indirekter Nachweis könnte über Gammastrahlen-Teleskope wie Fermi-LAT gelingen, die nach Signalen winziger Fragmente suchen könnten. Die Forscher untersuchen zudem alternative Gravitationstheorien und höhere Dimensionen, unter denen sich die Entropie-Regeln für Schwarze Löcher verändern könnten. Ein bestätigter Fund könnte darauf hindeuten, dass Einsteins allgemeine Relativitätstheorie erweitert werden muss.

Glaubt ihr, dass Astronomen Beweise für sich teilende Schwarze Löcher finden werden? Teilt eure Gedanken gerne in den Kommentaren!

Siehe auch: