Ein Forscherteam hat Stephen Hawkings Vorhersage über die Verdampfung von Schwarzen Löchern durch Hawking-Strahlung bestätigt, allerdings mit einer entscheidenden Modifikation. Ihren Untersuchungen zufolge ist der Ereignishorizont (die Grenze, jenseits derer nichts der Anziehungskraft eines Schwarzen Lochs entkommen kann) für die Erzeugung von Hawking-Strahlung nicht so wichtig wie bisher angenommen. Stattdessen spielen die Schwerkraft und die Krümmung der Raumzeit in diesem Prozess eine wichtige Rolle. Diese Erkenntnis erweitert den Anwendungsbereich der Hawking-Strahlung auf alle großen Objekte im Universum und impliziert, dass über einen ausreichend langen Zeitraum alles im Universum verdampfen könnte.
Untersuchungen zeigen, dass Stephen Hawking größtenteils recht hatte, was die Verdampfung von Schwarzen Löchern durch Hawking-Strahlung angeht. Die Studie hebt jedoch hervor, dass der Ereignishorizont für diese Strahlung nicht wesentlich ist und dass Schwerkraft und Raumzeitkrümmung eine wichtige Rolle spielen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass alle großen Objekte, nicht nur Schwarze Löcher, aufgrund eines ähnlichen Strahlungsprozesses irgendwann verdampfen könnten.
Neue theoretische Forschungen von Michael Wondrak, Walter van Suijlekom und Heino Falcke von der Radboud-Universität haben gezeigt, dass Stephen Hawking in Bezug auf Schwarze Löcher recht hatte, wenn auch nicht ganz. Aufgrund der Hawking-Strahlung werden Schwarze Löcher irgendwann verdampfen, aber der Ereignishorizont ist nicht so entscheidend wie bisher angenommen. Auch die Schwerkraft und die Krümmung der Raumzeit verursachen diese Strahlung. Das bedeutet, dass alle großen Objekte im Universum, wie etwa die Überreste von Sternen, irgendwann verdampfen werden.
Mithilfe einer cleveren Kombination aus Quantenphysik und Einsteins Gravitationstheorie argumentierte Stephen Hawking, dass die spontane Entstehung und Vernichtung von Teilchenpaaren in der Nähe des Ereignishorizonts (dem Punkt, jenseits dessen es kein Entrinnen vor der Gravitationskraft eines Teilchens gibt) erfolgen muss[{” attribute=””>black hole). A particle and its anti-particle are created very briefly from the quantum field, after which they immediately annihilate. But sometimes a particle falls into the black hole, and then the other particle can escape: Hawking radiation. According to Hawking, this would eventually result in the evaporation of black holes.
Schematic of the presented gravitational particle production mechanism in a Schwarzschild spacetime. The particle production event rate is highest at small distances, whereas the escape probability [represented by the increasing escape cone (white)] ist bei großen Entfernungen am höchsten. Bildnachweis: Physical Review Letters
Spiral
In dieser neuen Studie haben die Forscher der Radboud-Universität diesen Prozess erneut untersucht und untersucht, ob das Vorhandensein eines Ereignishorizonts tatsächlich entscheidend ist oder nicht. Sie kombinierten Techniken aus Physik, Astronomie und Mathematik, um zu untersuchen, was passiert, wenn solche Teilchenpaare in der Umgebung von Schwarzen Löchern entstehen. Die Studie zeigte, dass auch weit über diesen Horizont hinaus neue Teilchen entstehen können. Michael Wondrak: „Wir zeigen, dass es neben der bekannten Hawking-Strahlung auch eine neue Strahlungsform gibt.“
Alles verdunstet
Van Suijlekom: „Wir zeigen, dass weit über ein Schwarzes Loch hinaus die Krümmung der Raumzeit eine große Rolle bei der Entstehung von Strahlung spielt.“ Dort werden die Teilchen bereits durch die Gezeitenkräfte des Gravitationsfeldes getrennt.“ Während früher angenommen wurde, dass ohne den Ereignishorizont keine Strahlung möglich sei, zeigt diese Studie, dass dieser Horizont nicht notwendig ist.
Falcke: „Das bedeutet, dass auch Objekte ohne Ereignishorizont, etwa die Überreste toter Sterne und andere große Objekte im Universum, diese Art von Strahlung haben.“ Und das würde nach sehr langer Zeit dazu führen, dass alles im Universum irgendwann verdampft, genau wie Schwarze Löcher. Dies verändert nicht nur unser Verständnis der Hawking-Strahlung, sondern auch unsere Sicht auf das Universum und seine Zukunft.“
Die Studie wurde am 2. Juni veröffentlicht
Michael Wondrak is excellence fellow at Radboud University and an expert in quantum field theory. Walter van Suijlekom is a Professor of Mathematics at Radboud University and works on the mathematical formulation of physics problems. Heino Falcke is an award-winning Professor of Radio Astronomy and Astroparticle Physics at Radboud University and known for his work on predicting and making the first picture of a black hole.