Eine erstaunliche Beobachtung: Es war vor etwa vier Jahren, als eine Gruppe amerikanischer und japanischer Astronomen im Sternbild Jagdhunde den Spiralnebel M 106 beobachtete. Diese 20 Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie ist bereits mit einem Amateurfernrohr gut erkennbar und weist auf den ersten Blick keine Besonderheiten auf – außer daß sich in ihrem Zentralgebiet sogenannte Maser zeigen.
Das sind Gaswolken, in denen Moleküle durch äußere energiereiche Strahlung zu eigenem Leuchten angeregt werden. Allerdings senden die Moleküle kein normales Licht aus, sondern sie erzeugen einen gebündelten natürlichen Laserstrahl im Mikrowellenbereich – einen Mikrowellen-Laser, kurz: Maser. Diese Wolken sind für Astronomen ideale “Markierungsbojen”, weil sich ihre Geschwindigkeit und Position äußerst genau messen läßt.
Makoto Miyoshi und seine Kollegen fanden noch etwas Besonderes: Sie stellten fest, daß die Maser-Wolken das nur ein halbes Lichtjahr von ihnen entfernte Zentrum mit fast vier Millionen Kilometer pro Stunde umkreisen. Daraus ließ sich ableiten, daß sich hier eine riesige Gesamtmasse befinden muß: 36 Millionen Sonnen schwer.
Es ist nahezu ausgeschlossen, daß es sich hierbei um einen von Staub verdeckten Sternhaufen handelt. Darin wären die Himmelskörper im Durchschnitt nur etwa 100 Astronomische Einheiten voneinander entfernt, was dem Durchmesser der Plutobahn entspricht. Die Sterne würden dort unablässig zusammenstoßen und ihren Verband selbst zerstören. Die Astronomen haben für eine so gewaltige Masse auf kleinstem Raum nur eine Erklärung: ein Schwarzes Loch.
M 106 ist nicht die einzige Galaxie, in der Schwarze Löcher indirekt nachgewiesen wurden, auch wenn sie derzeit am genauesten vermessen ist. Im Andromeda-Nebel, unserer Nachbargalaxie, vermuten die Astronomen ebenfalls ein Schwarzes Loch – mit 37 Millionen Sonnenmassen. Und die Galaxie M 87 soll ein Schwarzes Loch mit sogar 2 Milliarden Sonnenmassen beherbergen. Vorhergesagt hat diese Schwerkraftfallen schon vor über 200 Jahren ein weitgehend unbekannter Naturphilosoph: Reverend John Michell. Er fragte sich damals, auf welche Weise die Gravitation eines Sterns die Ausbreitung des Lichts beeinflußt.
Zu seiner Zeit waren die Naturforscher von der Physik Newtons beeinflußt, der sich Licht als einen Schwarm von Teilchen vorstellte. Es war bereits bekannt, daß sich die Lichtpartikel auf der Erde und im Weltraum mit etwa 300000 Kilometer pro Sekunde bewegen. Michell ging davon aus, daß Lichtteilchen langsamer werden, wenn sie aus dem Schwerefeld eines Sterns oder Planeten entweichen wollen. Er rechnete aus, wie stark die Schwerkraft eines Himmelskörpers mindestens sein muß, damit sie die Lichtteilchen gänzlich zurückhalten kann.
Am 27. November 1783 trug Michell vor der ehrwürdigen Royal Society in London seine Überlegungen vor. Wenn ein Himmelskörper mit der mittleren Dichte der Sonne 500mal größer ist als unser Tagesgestirn, so kann von dessen Oberfläche das Licht nicht mehr entfliehen. “Wenn solche Körper in der Natur wirklich existieren sollten”, schloß der Forscher damals, “könnte uns ihr Licht nie erreichen”. Michells Ideen mögen damals einiges Aufsehen erregt haben, sie blieben jedoch zunächst folgenlos.
Über 100 Jahre lang ruhte die Idee der dunklen Sterne, bis Albert Einstein Ende 1915 seine Allgemeine Relativitätstheorie vorstellte: eine neue, revolutionäre Beschreibung der Schwerkraft. Der deutsche Astronom Karl Schwarzschild war von Einsteins Gravitationstheorie so begeistert, daß er untersuchte, wie sie sich speziell auf Sterne auswirken müßte. Hierbei machte er eine merkwürdige Entdeckung: Bei einem bestimmten Abstand vom Stern schienen Zeit und Raum ihre Rollen zu vertauschen: Der Raum wurde zur Zeit und die Zeit zum Raum – so jedenfalls besagten es die Formeln. Erst Jahrzehnte später entschlüsselten die Theoretiker gänzlich die in den Schwarzschild-Gleichungen enthaltene Botschaft. Zunächst ignorierten sie diese aus reiner Mathematik entstandene physikalische Katastrophe.
1964 stellten dann Edwin Salpeter und Boris Zeldowitsch ein Modell auf, das im Prinzip noch heute gilt: Das Schwarze Loch zieht aus der Umgebung Gas an, das sich zunächst in einer Scheibe um den Zentralkörper ansammelt und ihn umkreist. Aufgrund von Reibung heizt sich das Gas auf, verliert an Energie und nähert sich auf spiralförmigen Bahnen dem Schwarzen Loch. In der Nähe des Ereignishorizontes wirbelt das viele Millionen Grad heiße Gas bereits mit etwa einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit herum. Seine Strahlung läßt die Quasare hell leuchten. Schließlich erreicht die Materie den Ereignishorizont und verschwindet auf Nimmerwiedersehen im Schwarzen Loch. Die Maser von M 106 befinden sich in einer solchen Scheibe.
Vom Standpunkt der Allgemeinen Relativitätstheorie aus betrachtet leben Schwarze Löcher unendlich lange. Diese Vorstellung änderte sich jedoch, als der Physiker Stephen Hawking die Schwarzen Löcher nach den Gesetzen der Quantenmechanik untersuchte – der Theorie über die Bausteine der Materie. Bis heute ist es zwar nicht gelungen, Quantenmechanik und Allgemeine Relativitätstheorie unter einen Hut zu bringen, Hawking hatte das aber ansatzweise versucht und war dabei auf einen merkwürdigen Effekt gestoßen: Schwarze Löcher verlieren Masse.
Nun vermutet Hawking aber, daß sich kurz nach dem Urknall unter dem enormen Druck, der damals im Urgas herrschte, auch kleine Schwarze Löcher gebildet haben könnten. Sollten tatsächlich im Universum solche Minilöcher mit Massen von einigen hundert Millionen Tonnen, entsprechend der Schwere eines mittelgroßen Berges, entstanden sein, so sollten sie sich heute auflösen. Hawking vermutete, daß sie am Schluß explodieren und dabei Gammastrahlung aussenden. Die Suche nach dieser Strahlung blieb jedoch bis heute erfolglos – und damit Hawkings Szenario graue Theorie. Manche der hartnäckigen Probleme könnten sich nach Meinung der Physiker in Wohlgefallen auflösen, wenn es gelingt, Gravitationstheorie und Quantenmechanik zu einer “Theorie für Alles” zu vereinheitlichen. Doch das ist eine bis heute ungelöste Aufgabe, an der sich die Forscher seit Einstein und Heisenberg die Zähne ausbeißen.
Dr. Thomas Bührke
