** Vorstellung des Artikels „Questionable black hole“**
Französisch Übersetzung:
Zweifel an der Existenz von Schwarzen Löchern.
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** Autoren **:
Jean-Pierre Petit, Observatoire de Marseille Pierre Midy, CRI d'Orsay.
Dieses Werk ist das Ergebnis von zehn Jahren Arbeit. Seit 30 Jahren haben Astrophysiker nur ein Wort auf den Lippen: „Schwarze Löcher“. Das Wort fasziniert die breite Öffentlichkeit. Zahlreiche Bücher wurden diesem Thema gewidmet. Dennoch fehlen die beobachtenden Bestätigungen: Schwarze Löcher „leuchten durch ihre Abwesenheit“. Wir wissen jedoch, dass das Universum riesig ist. Unsere Milchstraße enthält mindestens 100 bis 200 Milliarden Sterne.
Die Existenz bestimmter Objekte wurde durch Beobachtungen enthüllt, z. B. die von Quasaren. Wir kennen mittlerweile mehr als viertausend. Das bedeutet nicht, dass wir genau wissen, was diese Objekte sind, wie sie entstehen, wie sie sich entwickeln und wie lange sie leben. Tatsächlich wissen wir nichts über sie. Sie werden einfach katalogisiert, wie einst die „Nebel“ zur Zeit des Astronomen Messier.
Anscheinend wohnen einige Quasare im Zentrum von Galaxien mit einer galaktischen Form. Diese Galaxien haben also „ein aktives Zentrum“, was gleichzeitig alles und nichts bedeutet, da wir nichts über die Natur dieser Aktivität wissen, z. B. welche Energiequelle vorhanden ist.
Die moderne Astrophysik scheint sich mit wenig zufriedenzugeben. Auf die Frage
- Was ist ein Quasar?
Wird der Astrophysiker antworten:
- Es ist das Zentrum einer aktiven Galaxie.
Und auf die Frage:
- Was ist eine aktive Galaxie?
Wird er antworten:
- Es ist eine Galaxie, die ein Quasar in ihrem Zentrum hat.
Kürzlich wurden vor ein paar Jahren „Gamma-Blitze“ entdeckt, etwa einen pro Tag. Die Zeitschrift Ciel et Espace titelte eines Tages auf der Titelseite „Die Gamma-Blitze: Rätsel endlich gelöst“. Die Antwort im Artikel: Man hatte gerade eine kleine helle Stelle an der Stelle eines Gamma-Blitzes lokalisiert, der gerade entdeckt worden war. Also: Ein Rätsel zu lösen bedeutet, zu wissen, dass die Bereiche des Himmels, die diese Blitze emittieren, auch Licht emittieren.
Ist das nicht ein wenig ... armselig?
Umgekehrt gibt es andere Objekte, deren Existenz vermutet wurde, oft mit ziemlicher Präzision, noch bevor sie beobachtet wurden. Das typische Beispiel ist die Supernova, die bereits 1931 vom amerikanischen Astrophysiker (ursprünglich Schweizer) Fritz Zwicky in einer berühmten Vorlesung am Caltech, USA, beschrieben wurde. Zwicky erklärte damals, dass Sterne mit einer Masse, die etwa zwanzig Sonnenmassen übersteigen, eine paroxysmale Endphase durchlaufen sollten, mit einer raschen Entwicklung innerhalb nur ein paar Tage, wobei das Phänomen insgesamt etwa zwanzig Tage dauert. Es war eine bemerkenswerte Vorhersage, obwohl sie damals nicht ernst genommen wurde. Aber Zwicky blieb hartnäckig und entdeckte die ersten Supernovae. Heute zählt man mehrere hundert. Gleiches gilt für Neutronensterne, die später als Pulsare (rotierende Neutronensterne) identifiziert wurden, sowie für Weiße Zwergsterne. Auch hier zählt die Tierwelt, die Art hat mehrere hundert identifizierte Individuen.
Das Schwarze Loch wurde als Antwort auf ein Problem vorgeschlagen: das Schicksal eines Neutronensterns, dessen Masse eine gewisse „kritische Masse“ überschreitet. Diese gut identifizierten Neutronensterne würden wie riesige Atomkerne ohne Protonen aussehen. Warum bestehen diese Objekte ausschließlich aus Neutronen?
Man betrachtet den Neutronenstern als das, was vom Eisenkern eines massereichen Sterns übrig bleibt, nachdem dieser explodiert ist. Ein massereicher Stern ist ein Stern, in dem während seines Lebens viele Arten von Kernfusionen stattfinden. Er endet schließlich mit der Produktion von Eisen, das keine exotherme Kernfusion mehr ermöglichen kann. Dieses schwere Eisen fällt also in den Kern des Sterns, wie Asche in einem Ofen. Wenn der Stern plötzlich keinen Brennstoff mehr für die Kernfusion hat (das hatte Zwicky verstanden), stürzt er sich selbst mit 80.000 Kilometern pro Sekunde (mit einer gewissen Genauigkeit von ein paar Kilometern pro Sekunde) ab. Beim Fallen auf den Eisenkern wird dieser stark komprimiert. Nicht nur, dass er darauf zurückspringt, sondern während des Durchgangs finden zahlreiche Kernfusionen statt, die nicht mehr exotherm sind, da die Energie nun von der plötzlichen Kontraktion des Sterns selbst stammt. Alle möglichen und vorstellbaren Nuklide werden dann erzeugt, einschließlich zahlreicher radioaktiver Atome mit sehr unterschiedlichen Lebensdauern. Man weiß, dass die Beobachtung der Explosion des Sterns Sanduleak im Magellanschen Wolkenfeld 1987 eine endgültige Bestätigung für die Existenz solcher Phänomene brachte (nur 150.000 Lichtjahre entfernt).
Das Phänomen zerquetscht den Eisenkern vollständig und zerlegt seine Atome. Er ist dann so stark auf sich selbst komprimiert, dass die Elektronen nicht mehr genug Platz haben, um zwischen den Nukleonen zu fließen. Eingeschlossen, kombinieren sie sich mit den Protonen und erzeugen Neutronen und Neutrinos.
Normalerweise, wenn man ein Gas komprimiert, tritt ein Phänomen namens Druck entgegen. Das gilt auch für Flüssigkeiten oder Feststoffe (alles ist komprimierbar). Das passiert beispielsweise, wenn ein junger Stern entsteht. Die Proto-Sonne ist eine Masse aus Gas, die sich auf sich selbst zusammendrückt. Aber sie erwärmt sich und die Druckkraft begrenzt ihre Kontraktion. Es ist ein schlechter Strahler und muss Energie durch Strahlung (Infrarot) verlieren, bevor sie sich stark genug zusammendrücken kann, um zu einem echten Stern zu werden. Es sei denn, ihre Masse ist zu gering, dann wird sie zu einem „großen Jupiter“ (dieser Riesenplanet strahlt mehr Energie ab, als er vom Sonnenlicht erhält, wird aber niemals zu einem Stern).
Wenn die Supernova-Explosion den Eisenkern komprimiert, gibt dieser seine Energie in Form einer fantastischen Menge an ... Neutrinos ab. Da sich hier der Szenario komplett verändert: die Strahlungskühlung ist sofort, da die Neutrinos problemlos entweichen können. Also keine Gegenkraft. Der Eisen-Teil zerquetscht sich erbärmlich. Es bleibt ein Haufen Neutronen, dicht aneinandergepresst, wie Japaner im Zug zur Rushhour.
Warum eine kritische Masse? Weil Neutronen keinen Druck über einer maximalen Grenze aushalten können. Wie elektrische Glühbirnen, die in einem Minenstollen gestapelt sind. Sobald eine gewisse Höhe der Glühbirnen erreicht ist, bricht das Glas und ein Schauer aus zersplittertem Glas stürzt in den Stollen.
Wenn ein Neutronenstern eine Masse hat, die etwas mehr als das Zweifache der Sonnenmasse übersteigt, wird der Druck in seinem Kern zu stark. Die Neutronen können diesen nicht mehr ertragen. Dann soll er sich selbst zusammenstürzen, ohne dass ein bekanntes physikalisches Phänomen diesem Zusammenbruch entgegenwirken kann, diesem „gravitativen Kollaps“. Eine beunruhigende Perspektive für einen Physiker.
Selbst bevor sie kollabiert, ist ein Neutronenstern „relativistisch“, im Gegensatz zu einem „newtonschen Objekt“. Dies zeigt sich an der Form der Bahnen von „Zeitpartikeln“ in der Nähe (eine beliebige Masse m, ein Atom, z. B.). Man weiß, dass die Krümmung der Raum-Zeit die Präzession der elliptischen Umlaufbahn des Merkur verursacht. Aber diese Präzession ist winzig. Im Gegensatz dazu zeigt das folgende Bild, entnommen aus Computerauswertungen, die starke Präzession einer fast elliptischen Bahn.