Hat Interstellar es richtig gemacht? Rotierende schwarze Löcher könnten als Portale für Hyperraumreisen genutzt werden.

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Eines der beliebtesten Science-Fiction-Szenarien ist die Verwendung eines Schwarzen Lochs als Tor zu einer anderen Dimension oder Zeit oder einem anderen Universum.

Diese Fantasie kann der Realität näher sein, als man es sich bisher vorgestellt hat.

Schwarze Löcher sind vielleicht die geheimnisvollsten Objekte im Universum.

Sie sind die Folge der Schwerkraft, die einen sterbenden Stern ohne Einschränkung zerquetscht und zur Bildung einer wahren Singularität führt – was passiert, wenn ein ganzer Stern auf einen einzigen Punkt zusammengedrückt wird, wodurch ein Objekt mit unendlicher Dichte entsteht.

Diese dichte und heiße Singularität schlägt ein Loch in das Gewebe der Raumzeit selbst und eröffnet möglicherweise eine Möglichkeit für eine Hyperraumreise.

Das heißt, eine kurze Raumzeit, die es ermöglicht, in kurzer Zeit über kosmische Skalenentfernungen zu reisen.

Forscher dachten bisher, dass jedes Raumschiff, das versucht, ein Schwarzes Loch als solches Portal zu nutzen, mit der Natur im schlimmsten Fall rechnen müsste.

Die heiße und dichte Singularität würde dazu führen, dass das Raumschiff eine Reihe von immer unangenehmeren Gezeitenveränderungen und -quetschungen ertragen würde, bevor es vollständig verdampft würde.

Mein Team von der University of Massachusetts Dartmouth und ein Kollege vom Georgia Gwinnett College haben gezeigt, dass nicht alle schwarzen Löcher gleich sind.

Wenn das Schwarze Loch wie Sagittarius A*, das sich im Zentrum unserer eigenen Galaxie befindet, groß und drehbar ist, dann ändert sich die Perspektive für ein Raumschiff dramatisch.

Denn die Singularität, mit der ein Raumschiff zu kämpfen hätte, ist sehr sanft und könnte eine sehr friedliche Passage ermöglichen.

Der Grund dafür ist, dass die relevante Singularität innerhalb eines rotierenden Schwarzen Lochs technisch „schwach“ ist und somit keine Objekte beschädigt, die mit ihm interagieren.

Auf den ersten Blick mag diese Tatsache kontraproduktiv erscheinen.

Aber man kann es sich als analog zu der üblichen Erfahrung vorstellen, den Finger schnell durch die Kerzenflamme bei 2.000 Grad zu führen, ohne verbrannt zu werden.

Mein Kollege Lior Burko und ich untersuchen seit über zwei Jahrzehnten die Physik von Schwarzen Löchern.

2016 machte sich meine Doktorandin Caroline Mallary, inspiriert von Christopher Nolans Blockbuster-Film „Interstellar“, auf den Weg, um zu testen, ob Cooper (Matthew McConaugheys Charakter), seinen Sturz tief in Gargantua überstehen könnte – ein fiktives, supermassives, schnell rotierendes Schwarzes Loch, das etwa 100 Millionen Mal so groß ist wie unsere Sonne.

Interstellar“ basiert auf einem Buch des Nobelpreisträgers Kip Thorne und Gargantuas physikalische Eigenschaften stehen im Mittelpunkt der Handlung dieses Hollywood-Films.

Aufbauend auf der Arbeit der Physikerin Amos Ori zwei Jahrzehnte zuvor und bewaffnet mit ihren starken Rechenfähigkeiten baute Mallary ein Computermodell, das die meisten der wesentlichen physikalischen Effekte auf ein Raumschiff oder ein großes Objekt erfassen würde, das in ein großes, rotierendes Schwarzes Loch wie Sagittarius A* fällt.

Sie entdeckte, dass ein Objekt, das in ein rotierendes Schwarzes Loch fällt, unter allen Bedingungen keine unendlich großen Auswirkungen beim Durchgang durch die sogenannte innere Horizontsignularität des Lochs erfahren würde.

Dies ist die Singularität, die ein Objekt, das in ein sich drehendes schwarzes Loch eindringt, nicht umherbewegen oder vermeiden kann.

Nicht nur, dass diese Effekte unter den richtigen Umständen vernachlässigbar klein sein können, was einen recht bequemen Übergang durch die Singularität ermöglicht.

Tatsächlich dürfen keine spürbaren Auswirkungen auf das fallende Objekt auftreten. Dies erhöht die Machbarkeit, große, rotierende schwarze Löcher als Portale für die Hyperraumfahrt zu nutzen.

Mallary entdeckte auch ein Merkmal, das vorher nicht ganz geschätzt wurde: die Tatsache, dass die Auswirkungen der Singularität im Zusammenhang mit einem rotierenden schwarzen Loch zu schnell zunehmenden Zyklen des Streckens und Quetschens auf den Raumfahrzeugen führen würden.

Aber für sehr große schwarze Löcher wie Gargantua wäre die Stärke dieses Effekts sehr gering. Das Raumschiff und alle anderen Personen an Bord würden es also nicht erkennen.

Der entscheidende Punkt ist, dass diese Effekte nicht ohne Bindung zunehmen, sondern endlich bleiben, auch wenn die Belastungen für die Raumsonde tendenziell unbegrenzt wachsen, wenn sie sich dem Schwarzen Loch nähert.

Es gibt einige wichtige vereinfachende Annahmen und daraus resultierende Einschränkungen im Kontext von Mallarys Modell.

Die Hauptannahme ist, dass das betrachtete Schwarze Loch vollständig isoliert ist und somit keinen ständigen Störungen durch eine Quelle wie einen anderen Stern in seiner Nähe oder gar einer fallenden Strahlung ausgesetzt ist.

Während diese Annahme wichtige Vereinfachungen zulässt, ist es bemerkenswert, dass die meisten Schwarzen Löcher von kosmischem Material umgeben sind – Staub, Gas, Strahlung.

Daher wäre eine natürliche Erweiterung von Mallarys Arbeit, eine ähnliche Studie im Kontext eines realistischeren astrophysikalischen Schwarzen Lochs durchzuführen.

Mallarys Ansatz, mit einer Computersimulation die Auswirkungen eines Schwarzen Lochs auf ein Objekt zu untersuchen, ist im Bereich der Schwarzlochphysik sehr verbreitet.

Unnötig zu sagen, dass wir noch nicht die Fähigkeit haben, reale Experimente in oder in der Nähe von Schwarzen Löchern durchzuführen, so dass Wissenschaftler auf Theorie und Simulationen zurückgreifen, um ein Verständnis zu entwickeln, indem sie Vorhersagen und neue Entdeckungen machen.

Gaurav Khanna, Professor für Physik, Universität Massachusetts Dartmouth

Dieser Artikel wurde aus The Conversation unter einer Creative Commons Lizenz veröffentlicht. Den Originalartikel lesen.

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