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LESER FRAGEN – EXPERTEN ANTWORTEN


Sterne und Weltraum - epaper ⋅ Ausgabe 10/2021 vom 10.09.2021

Wie wachsen punktförmige Singularitäten?

Mich faszinieren besonders die Geheimnisse um Schwarze Löcher. Dabei handelt es sich meines Wissens nach um punktförmige Raum-Zeit-Singularitäten. Das Sichtbare eines solchen Phänomens endet am Schwarzschild-Radius. Denn hier beginnt der Bereich, in dem nicht mal mehr das Licht entweichen kann. In Publikationen ist immer von vielen Sonnenmassen die Rede, die ein Schwarzes Loch haben kann.

Dazu meine Frage: Wenn es sich um eine punktförmige Singularität handelt, wie kann sie wachsen und noch mehr Masse anhäufen?

CHRISTIAN KREKER

R S ––– 22G –– M c

In der allgemeinen Relativitätstheorie können Punktsingularitäten beliebige Massen haben. Der Schwarzschild-Radiu setzt den Radius R eines Lochs in Beziehung zu seiner Masse M (G: Gravitationskonstante, c: Lichtgeschwindigkeit). Das Radiobild von Messier 87 (siehe »Was verbirgt der schwarze Fleck?« und SuW 6/2019, S. 26) liefert direkt die Größe des schwarzen Zentralbereichs und mittels bekannter Entfernung folgt die darin verborgene Masse.

In den 1960er Jahren konnten Roger Penrose und Stephen Hawking die Existenz punktförmiger Singularitäten mathematisch bewiesen – unter anderem dafür erhielt Penrose den Physik- Nobelpreis 2020. Müssen wir also die Krümmungssingularitäten hinnehmen?

Vielleicht gibt es einen Ausweg. Denn Einsteins Theorie ist nicht quantisiert. Allerdings werden Quanteneffekte wie das Pauli-Prinzip wichtig, wenn Materie extrem zusammengequetscht wird. Das lehren uns gerade die weniger kompakten Objekte Weiße Zwerge und Neutronensterne. Sie bestehen im Wesentlichen aus Spin-1/2-Teilchen (Fermionen), nämlich Elektronen im ersten und Neutronen im zweiten Fall. Fermionen lassen sich nicht beliebig zusammenpferchen, weil bei Erreichen einer kritischen Dichte das Pauli-Prinzip wichtig wird. Es verhindert, dass die Fermionen denselben Zustand bevölkern. Die sich daher abstoßenden Fermi-

Teilchen erzeugen einen Entartungsdruck, der kompakte Objekte stabilisiert – zumindest, bis noch höhere Dichten erreicht werden. Bei noch weiterer Kompression entsteht nach heutigem Kenntnisstand doch wieder ein Schwarzes Loch.

Seit Jahrzehnten versuchen die Theoretiker die Gravitation zu quantisieren und damit über Einstein hinauszugehen. Prominente Ansätze sind die Stringtheorie und die Schleifenquantengravita - tion. Diese Alternativen haben jedoch ihre ganz eigenen Probleme. Vor allem gibt es keine Experimente und Beobachtungen, die sie eindeutig besserstellen würden als die allgemeine Relativitätstheorie.

Ich setze auf die seit kurzem beobachtbaren Gravitationswellen (siehe S. 26 und SuW 8/2021, S. 25). In ihnen stecken nämlich weitere Informationen über das kompakte Objekt, das zum Beispiel in der Kollision von Neutronensternen oder Schwarzen Löchern entsteht. Forschende vermuten, dass bei derartigen Verschmelzungen der ausklingende Teil des Signals (englisch: ringdown) eine Singularität bestätigen oder widerlegen könnte.

ANDREAS MÜLLER ist Astrophysiker und seit April 2019 Chefredakteur von »Sterne und Weltraum«.

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Viele Begriffe finden Sie in meinem Weblexikon: www.spektrum.de/astrowissen/lexdt.html

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Was verbirgt der schwarze Fleck? Im April 2019 wurde dieses hoch aufgelöste Radiobild des Zentrums der elliptischen Galaxie Messier 87 veröffentlicht. Sie ist 55 Millionen Lichtjahre entfernt. Es ist die erste direkte Aufnahme eines Schwarzen Lochs, das klar als schwarze Region in der Mitte hervorsticht. Steckt darin wirklich eine Krümmungssingularität mit 6,5 Milliarden Sonnenmassen?

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