Relativitätstheorie - Fakultät für Physik und Astronomie - Universität ...

7.3 Dynamische Lösungen der Feldgleichungen 163
• Mittelschwere schwarze Löcher entstehen durch Sternkollisionen. Sie besitzen etwa 1000
Sonnenmassen und haben einen Radius bis zu 1000 km. Die Existenz mittelschwerer
schwarzer Löcher ist noch nicht zweifelsfrei nachgewiesen, doch gibt es konkrete Kandidaten
dieses Typs.
• Supermassive schwarze Löcher mit 10 5 bis 10 9 Sonnenmassen und befinden sich im Zentrum
von Galaxien. Es wird vermutet, dass sich im Zentrum von Galaxien in der Regel ein
supermassives schwarzes Loch befindet.
• Primordiale schwarze Löcher sind Raumzeit-Singularitäten, die sich unmittelbar nach
dem Urknall gebildet haben könnten und einen Radius von einem Zehntel Millimeter
besitzen. Die Existenz solcher Mikrolöcher ist allerdings bis heute nicht nachgewiesen.
Wie sieht man schwarze Löcher? Die in Abb. 7.6 gezeigte Simulation ist in der praktischen
Astrophysik unrealistisch. Selbst Sterne in der Milchstraße sind zu weit weg, um ihre Größe
optisch zu messen, wie soll man da erst ein schwarzes Loch sehen? Ein direkter Nachweis ist
also mit heutigen Mitteln praktisch unmöglich. Allerdings gibt es eine Vielzahl indirekter Nachweismethoden,
die sich wie ein Puzzle ergänzen und es uns ermöglichen, schwarze Löcher zu
lokalisieren und ihre Eigenschaften zu bestimmen. Schwarze Löcher sind in der Regel nicht
völlig schwarz, sondern es kommt in den Randbereichen nahe am Schwarzschildradius wegen
Drehimpulsen und elektrischen Ladungen zu komplexen physikalischen Phänomenen. Schwarze
Löcher können beispielsweise Jets emittieren oder Radiowellen aussenden.
Ein wichtiges Beispiel ist das supermassive schwarze Loch unserer eigenen Galaxie, mit ca. 4
Millionen Sonnenmassen. Es befindet sich im Sternbild des Schützen und wird mit dem Namen
Sagittarius A* bezeichnet. Das schwarze Loch wird von einem weiteren Stern mit dem Namen
S2 umkreist und erlaubt so eine präzise Bestimmung der Masse, Da der extrem schwere Zentralkörper
nicht sichtbar ist, geht man davon aus, dass es sich um ein schwarzes Loch handelt.
Inzwischen sind die Messungen so genau, dass man in unmittelbarer Nähe sogar ein zweites
mittelschweres schwarzes Loch vermutet.
Théorème de calvitie
J. A. Wheeler verdanken wir das “no hair theorem”. Ein schwarzes
Loch wird demnach vollständig durch drei Zahlen beschreiben,
nämlich seine Masse M, seinen Drehimpuls L und seine elektrische
Ladung Q (die Ladung dürfte sich allerdings durch bevorzugte Anziehung
entgegengesetzter Ladungsträger schnell neutralisieren). Der
Grund ist, dass der Schwarzschildradius eine unüberwindbare Informationsbarriere
darstellt, es ist also prinzipiell unmöglich, etwas über
das “Innenleben” eines schwarzen Lochs zu erfahren.
Dieses Theorem ist bemerkenswert, weil sich hier ein makroskopisches Objekt genau so verhält
wie ein Elementarteilchen, das ja ebenfalls durch wenige Zahlen vollständig charakterisiert
werden kann. Besteht hier eine tieferer Zusammenhang zwischen schwarzen Löchern und Elementarteilchen?
Das no-hair-Theorem wirft aber auch ein fundamentales Problem auf. Da ein
schwarzes Loch keine Information ausser M,L,Q besitzt, ist seine Entropie praktisch gleich
Null. Damit wird allerdings der 2. Hauptsatz der Thermodynamik verletzt: Ein Objekt mit einer
positiven Entropie S > 0, das sich durch den Schwarzschildradius bewegt, wird vom schwarzen
Loch irreversibel verschluckt. Da das schwarze Loch selbst keine Entropie besitzt, würde sich
Haye Hinrichsen — Allgemeine Relativitätstheorie