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Neue Erkenntnisse zu schwarzen Löchern

Schwarze Löcher sind erstaunlich einfache Himmelskörper: Sie werden nur durch ihre Masse, ihre Rotation und ihre elektrische Ladung charakterisiert. Norman Gürlebeck, Wissenschaftler am Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) an der Uni Bremen, ist es gelungen diese erstaunliche Einfachheit schwarzer Löcher auch in komplexen astrophysikalischen Situationen zu beweisen. Hierüber berichtet er in der April-Ausgabe der Fachzeitschrift Physical Review Letters. Die Erwartungen an diese Entdeckung sind hoch: Sie erlaubt den direkten Nachweis der Existenz schwarzer Löcher mit Hilfe von Gravitationswellen sowie Tests der Grundlagen der Gravitationstheorie.
Schwarze Löcher sind ein Endstadium in der Entwicklung von Sternen, die entstehen, wenn sich die Masse dieser Sterne immer stärker verdichtet. Dies geschieht allerdings nur mit Sternen, die mindestens die doppelte Sonnenmasse besitzen. Dadurch haben sie eine so hohe Anziehungskraft haben, dass sich der Stern in seinem Entwicklungsprozess immer mehr komprimiert. Zur Verdeutlichung: Der notwendige Grad der Verdichtung, wäre so groß, dass die gesamte Masse der Erde auf die Größe einer Haselnuss verdichtet würde. Die starke Anziehungskraft der extrem verdichteten Masse des schwarzen Lochs führt dazu, dass weder Materie noch Licht einem solchen Objekt entkommen können - daher hat das schwarze Loch auch seinen Namen.

Drei charakteristische Parameter

Dennoch kann ein schwarzes Loch von außen durch nur drei Parameter vollständig charakterisiert werden: Masse, Rotation und elektrische Ladung. Aufgrund fehlender weiterer Eigenschaften prägte John Archibald Wheeler die Aussage: „Schwarze Löcher haben keine Haare“. Diese Eigenschaft war bis jetzt nur unter idealisierten Bedingungen bewiesen worden, in denen das schwarze Loch allein im Universum existiert und keine weiteren Sterne vorhanden sind. Diese Annahme gilt folglich nicht für schwarze Löcher, die sich in Systemen mit mehreren Objekten befinden, wie z.B. in Binärsystemen, die generell aus einem schwarzen Loch und einem Stern, zwei schwarzen Löchern oder zwei Sternen bestehen. Das Gravitationsfeld des Begleiters eines schwarzen Lochs in einem Binärsystem führt nun dazu, dass sich das schwarze Loch verformt. Dieses Phänomen ähnelt den Gezeiten auf der Erde, welche durch die Anziehung des Mondes verursacht werden. Bedeutet eine solche Verformung, dass das schwarze Loch durch mehr Parameter beschrieben werden muss, es also Haare bekommen hat?

Erkenntnisse sind Grundlage zur Interpretation von Gravitationswellen

Mehrere internationale Forschungsteams gingen dieser Frage nach und fanden erste Indizien dafür, dass dies nicht so ist. Norman Gürlebeck vom ZARM an der Universität Bremen hat nun aber zweifelsfrei gezeigt, dass trotz der Verformung der schwarzen Löcher keine weiteren Parameter zur Charakterisierung erforderlich sind. Die renommierte Zeitschrift Physical Review Letters publiziert dieses wegweisende Ergebnis, das außerdem auch praktische Anwendung findet. Die neue Erkenntnis ist für Gravitationsphysiker eine wichtige Grundlage zur Interpretation von Gravitationswellen, die vorrangig in Binärsystemen entstehen. Über die Analyse dieser Gravitationswellen können schwarze Löcher in Binärsystemen direkt nachgewiesen werden. Darüber hinaus liefert die sogenannte „no-hair“-Eigenschaft die Möglichkeit Gravitationstheorien für sehr starke Gravitationsfelder zu testen.

Weitere Informationen:
Norman Gürlebeck
Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM), Universität Bremen
E-Mail: norman.guerlebeckprotect me ?!zarm.uni-bremenprotect me ?!.de
Telefon: +49 421 218-57857

Allgemeine Presseanfragen und Bildmaterial:
Birgit Kinkeldey
E-Mail: birgit.kinkeldeyprotect me ?!zarm.uni-bremenprotect me ?!.de
Telefon: +49 421 218-57755

Junger Mann an einem Schreibtisch lächelt in die Kamera.
Fundamentalphysiker Dr. Norman Gürlebeck: Seine Erkenntnis zu schwarzen Löchern ist für Gravitationsphysiker eine wichtige Grundlage zur Interpretation von Gravitationswellen.