Nichts hält ewig, nicht einmal Schwarze Löcher. Laut Stephen Hawking werden Schwarze Löcher über lange Zeiträume hinweg verdampfen. Aber wie genau passiert das?
Der Schauspieler Stephen Hawking ist vor allem für seine Cameo-Auftritte in Futurama und Star Trek bekannt. Sie werden überrascht sein, dass er auch ein theoretischer Astrophysiker ist. Gibt es etwas, das der Typ nicht kann?
Eine der faszinierendsten Theorien, die er aufstellte, ist, dass Schwarze Löcher, der Swiffer des Universums, über lange Zeiträume hinweg tatsächlich verdunsten können.
Die Quantentheorie legt nahe, dass ständig virtuelle Teilchen ein- und ausgehen. Wenn dies geschieht, erscheinen ein Teilchen und sein Antiteilchen, und dann rekombinieren sie und verschwinden wieder.
Wenn dies in der Nähe eines Ereignishorizonts stattfindet, können seltsame Dinge passieren. Anstatt die beiden Teilchen für einen Moment zu existieren und sich dann gegenseitig zu vernichten, kann ein Teilchen in das Schwarze Loch fallen und das andere Teilchen in den Weltraum fliegen. Die Theorie besagt, dass dieses Rinnsal entweichender Teilchen über lange Zeiträume das Schwarze Loch zum Verdampfen bringt.
Warten Sie, wenn diese virtuellen Teilchen in das Schwarze Loch fallen, sollte es dadurch nicht massiver werden? Wie kommt es dazu, dass es verdampft? Wenn ich Kieselsteine zu einem Steinhaufen hinzufüge, wird mein Steinhaufen dann nicht einfach größer?
Auf die Perspektive kommt es an. Von einem externen Beobachter, der den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs beobachtet, sieht es so aus, als würde ein Strahlungsglühen vom Schwarzen Loch ausgehen. Wenn das alles wäre, würde dies gegen das Gesetz der Thermodynamik verstoßen, da Energie weder erzeugt noch vernichtet werden kann. Da das Schwarze Loch nun Energie emittiert, muss es ein wenig seiner Masse abgegeben haben, um diese bereitzustellen.
Versuchen wir einen anderen Weg, darüber nachzudenken. Ein Schwarzes Loch hat eine Temperatur. Je massiver er ist, desto niedriger ist seine Temperatur, obwohl er immer noch nicht Null ist.
Von jetzt an und bis weit in die Zukunft wird die Temperatur der größten Schwarzen Löcher kälter sein als die Hintergrundtemperatur des Universums selbst. Licht von der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung wird einfallen und seine Masse erhöhen.
Im sichtbaren Licht betrachtet, ähnelt Markarian 739 einem lächelnden Gesicht. Im Inneren befinden sich zwei supermassereiche Schwarze Löcher, die etwa 11.000 Lichtjahre voneinander entfernt sind. Die Galaxie ist 425 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Quelle: Sloan Digital Sky Survey
Jetzt spulen Sie vor, bis die Hintergrundtemperatur des Universums selbst unter die kühlsten Schwarzen Löcher fällt. Dann strahlen sie langsam Wärme ab, die vom Schwarzen Loch stammen muss, das seine Masse in Energie umwandelt.
Wie schnell dies geschieht, hängt von der Masse ab. Bei Schwarzen Löchern mit stellarer Masse kann es 10^67 Jahre dauern, bis sie vollständig verdampft sind.
Für die supermassiven Big Daddys in den Kernen von Galaxien sehen Sie 10^100. Das ist eine Eins, gefolgt von 100 Nulljahren. Das ist eine riesige Zahl, aber wie jede riesige und endliche Zahl ist sie immer noch weniger als unendlich. In unfassbarer Zeit werden also selbst die längsten lebenden Objekte im Universum – unsere mächtigen Schwarzen Löcher – in Energie zerfallen.
Eine letzte Sache: Der Large Hadron Collider könnte in der Lage sein, mikroskopisch kleine Schwarze Löcher zu erzeugen, die für den Bruchteil einer Sekunde andauern und in einem Ausbruch von Hawking-Strahlung verschwinden würden. Wenn sie sie finden, möchte Hawking vielleicht die Schauspielerei auf Eis legen und sich auf die Physik konzentrieren.
Der LHC. Bildquelle: CERN
Nichts ist ewig, nicht einmal Schwarze Löcher. Wir sind uns ziemlich sicher, dass sie über die längsten Zeiträume hinweg in nichts verdunsten werden. Der einzige Weg, dies herauszufinden, besteht darin, sich zurückzulehnen und zuzusehen, nun ja, vielleicht ist es nicht der einzige Weg.
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