Es gibt nichts im Universum mehr Ehrfurcht einflößender oder mysteriöser als ein Schwarzes Loch. Aufgrund ihrer massiven Schwerkraft und ihrer Fähigkeit, sogar Licht zu absorbieren, trotzen sie unseren Versuchen, sie zu verstehen. Alle ihre Geheimnisse verbergen sich hinter dem Schleier des Ereignishorizonts.
Wie sehen Sie aus? Wir wissen es nicht. Sie absorbieren die gesamte Strahlung, die sie aussenden. Wie gross sind sie? Haben sie eine Größe oder könnten sie unendlich dicht sein? Wir wissen es einfach nicht. Aber es gibt ein paar Dinge, die wir wissen können. Wie massiv sie sind und wie schnell sie sich drehen.
Warte was? Spinnen?
Betrachten Sie den massereichen Stern, der vor dem Schwarzen Loch entstand. Es wurde aus einem Sonnennebel gebildet, der seine Rotation durch die Mittelung des Impulses aller einzelnen Teilchen in der Wolke erhält. Da die gegenseitige Schwerkraft den Stern zusammenzog, drehte er sich durch die Erhaltung des Drehimpulses schneller. Wenn ein Stern zu einem Schwarzen Loch wird, hat er immer noch all diese Masse, aber jetzt auf einen verschwindend kleineren Raum komprimiert. Und um diesen Drehimpuls zu erhalten, beschleunigt sich die Rotationsrate des Schwarzen Lochs ... sehr. Die gesamte Geschichte von allem, was das Schwarze Loch jemals verbraucht hat, gemittelt auf eine einzige Zahl: die Spinrate.
Wenn das Schwarze Loch auf eine unendlich kleine Größe schrumpfen könnte, würde man meinen, dass die Spinrate auch ins Unendliche steigen könnte. Aber Schwarze Löcher haben eine Geschwindigkeitsbegrenzung.
„Es gibt eine Geschwindigkeitsbegrenzung für die Drehung eines Schwarzen Lochs. Je schneller sich ein Schwarzes Loch dreht, desto kleiner ist sein Ereignishorizont.“
Das ist Dr. Mark Morris, Professor für Astronomie an der UCLA. Er hat einen Großteil seiner Zeit der Erforschung der Geheimnisse schwarzer Löcher gewidmet.
„Es gibt diese Region, die Ergosphäre genannt wird, zwischen dem Ereignishorizont und einer anderen Grenze draußen. Die Ergosphäre ist eine sehr interessante Region außerhalb des Ereignishorizonts, in der eine Vielzahl interessanter Effekte auftreten können.“
Wissenschaftler messen die Spinraten supermassereicher Schwarzer Löcher, indem sie das Röntgenlicht in verschiedene Farben aufteilen. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Stellen Sie sich den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs als eine Kugel im Weltraum vor, und dann umgibt dieses Schwarze Loch die Ergosphäre. Je schneller sich das Schwarze Loch dreht, desto flacher wird diese Ergosphäre.
„Die Geschwindigkeitsbegrenzung wird durch den Ereignishorizont festgelegt, schließlich erreicht man bei einem ausreichend hohen Spin die Singularität. Sie können keine sogenannte nackte Singularität haben. Sie können keine Singularität dem Rest des Universums aussetzen. Das würde bedeuten, dass die Singularität selbst Energie oder Licht aussenden könnte und jemand von außen sie tatsächlich sehen könnte. Und das kann nicht passieren. Das ist die physikalische Grenze dafür, wie schnell es sich drehen kann. Physiker verwenden Einheiten für Drehimpuls, die in Masse gegossen werden, was eine merkwürdige Sache ist, und die Geschwindigkeitsbegrenzung kann als Drehimpuls gleich der Masse des Schwarzen Lochs beschrieben werden, und das legt die Geschwindigkeitsgrenze fest.“
Stell dir vor. Das Schwarze Loch dreht sich bis zu dem Punkt, an dem es sich gerade offenbart. Aber das ist unmöglich. Die Gesetze der Physik lassen es nicht schneller drehen. Und hier ist der erstaunliche Teil. Astronomen haben tatsächlich supermassereiche Schwarze Löcher entdeckt, die sich an den von diesen Theorien vorhergesagten Grenzen drehen.
Ein Schwarzes Loch im Herzen der Galaxie NGC 1365 dreht sich mit 84 % der Lichtgeschwindigkeit. Es hat die kosmische Geschwindigkeitsgrenze erreicht und kann sich nicht schneller drehen, ohne seine Einzigartigkeit zu offenbaren.
Das Universum ist ein verrückter Ort.
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