Unsere Welt zu verstehen:  Schwarze Löcher

 

 
Warum (noch lange) nur kleine Schwarze Löcher verdampfen können

— hmsgnr052z

 
 
Wie Steven Hawking 1973 entdeckt hat, kann Strahlung — können virtuelle Teilchen einzeln — aus der Umgebung eines Schwarzen Loches verschwinden.
 
Genauer: Die überall gegenwärtige Erzeugung und Vernichtung virtueller Teilchen durch Quantenfluktuation findet natürlich auch beliebig nahe am Ereignishorizont jeden Schwarzen Loches statt. Virtuelle Teilchen entstehen stets paarweise als Teilchen und entsprechendem Antiteilchen, wobei aufgrund der Energieerhaltung der eine Partner negative und der andere Partner positive Energie haben wird. Virtuelle Teilchen mit negativer Energie können ins Schwarze Loch fallen, womit es dann von seinem Partner durch den Ereignishorizont des Lochs getrennt wird und so als reales Teilchen in den freien Raum entkommen kann.
 
Das hineinstürzende Teilchen mit negativer Energie setzt dabei eben so viel potenzielle Energie frei, wie für eine Paarbildung sowie das Hinauskatapultieren des anderen Teilchens aus dem Gravitationsfeld nötig ist.
 
Nach Einsteins Gleichung E = mc² sind Masse und Energie ein und dasselbe. Fließt also negative Energie in das Schwarze Loch, so verringert das seine Masse.
 
Diejenigen Teilchen, die dem Schwarzen Loch als reelle Teilchen entkommen, nennt man die Hawking-Strahlung. Bei großen schwarzen Löchern handelt es sich dabei fast ausschließlich niederenergetische Photonen. Der Grund hierfür: Je kleiner ein Schwarzes Loch ist, desto näher ist seine Hülle seinem singulären Mittelpunkt und entsprechend größer sind dann die Kraftdifferenzen in unmittelbarer Umgebung der Hülle.
 
 
Nur bei hinreichend kleiner Masse des Schwarzen Loches ist die Hawking-Strahlung intensiver als die kosmische Hintergrundstrahlung,
 
und so können nur  k l e i n e  Löcher mehr Energie durch Hawking-Strahlung verlieren als sie durch Aufsaugen von Hintergrundstrahlung gewinnen.
 
 
Wo nun aber die Hawking-Strahlung intensiver als die kosmische Hintergrundstrahlung ist, wird die Hülle ständig näher an die Singularität heranrücken, was ständig intensiver werdene Hawking-Strahlung zur Folge hat. Der Verdampfungsprozess schaukelt sich demnach von selbst auf.
 
Was schließlich im Grenzfall genau passiert, weiß man heute nicht wirklich; die Möglichkeiten — so schreibt Martin Bojowald — reichen von kompletter Verdampfung bis hin zu einem Verschwinden der Hülle. Träte letzteres ein, würde sich das als Explosion bemerkbar machen, in der ein Teil der vorher kollabierten Materie wieder zum Vorschein kommt — eben der Teil, der noch nicht durch Hawking-Strahlung verloren ging.
 
 
Nebenbei: Obgleich die kosmische Hintergrundstrahlung heute schon auf -270 Grad Celsius abgekühlt ist, ist sie intensiver als die Hawking-Strahlung sämtlicher durch Astronomen heute beobachtbaren Schwarzen Löcher. Erst in sehr ferner Zukunft wird sich der Mikrowellen-Hintergrund infolge der Expansion des Raumes so weit verdünnt haben, dass (erst ab dann) auch schwere Schwarze Löcher buchstäblich "verdampfen". Die sich dadurch ergebenden Phänomene werden wir Menschen sicher nicht mehr beobachten können.