2024-05-10 20:28:26
Schwarze Löcher faszinieren nicht nur Wissenschaftler. Die massereichen Monster, die aufgrund ihrer Schwerkraft alles verschlingen, was ihnen zu nahe kommt, sind auch beliebte Objekte für Produzenten von Science-Fiction-Filmen. Ein bekanntes Beispiel ist „Gargantua“ aus dem Kinofilm „Interstellar“. Doch was passiert tatsächlich, wenn ein Raumschiff einem Schwarzen Loch zu nahe kommt? Weil sich eine Reise zu einem Schwarzes Loch höchstwahrscheinlich niemals verwirklichen lässt – das der Erde am nächsten gelegene Schwarze Loch ist 1600 Lichtjahre entfernt –, bleibt nur die Phantasie oder die Modellierung im Computer.
Letzteres haben jetzt zwei Wissenschaftler der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA unternommen. Mit dem leistungsfähigen Supercomputer „Discover“ am Goddard Space Flight Center in Greenbelt (Maryland) hat der Astrophysiker Jeremy Schnittmann mit seinem Kollegen Brian Powell simuliert, wie es in unmittelbarer Nähe eines Schwarzen Lochs aussehen könnte. Das Ergebnis ist aus mehreren Perspektiven in einem insgesamt vier Minuten langen Film zu sehen.
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Schwarze Löcher sind für optische Teleskope unsichtbar. Ihre immensen Gravitationskräfte krümmen Raum und Zeit so stark, dass nicht einmal Licht entkommen kann, sobald es in den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs geraten ist. Weder Information noch Materie kann diesen Grenzbereich überschreiten.
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Das Schwarze Loch, das Schnittmann und Powell simuliert haben, ist 4,3 millionenmal massereicher als unsere Sonne und entspricht Sagittarius A*, dem Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxis. Der Ereignishorizont des simulierten Objekts erstreckt sich über etwa 25 Millionen Kilometern, was rund 17 Prozent der Entfernung zwischen Erde und Sonne entspricht.
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Die virtuelle Reise, die in der Simulation circa drei Stunden dauert, beginnt etwa in einer Distanz von 640 Millionen Kilometern. Man sieht eine flache, wirbelnde Wolke aus heißem, glühendem Gas, die sogenannte Akkretionsscheibe, die das Schwarze Loch umgibt, sowie leuchtende Strukturen, die Photonenringe. Beides soll laut den NASA-Forschern bei der visuellen Orientierung helfen, wenn sich der fiktive Astronaut mit seiner Kamera dem Inneren des Schwarzen Lochs nähert und schließlich hineinstürzt. Eine Kulisse des Sternenhimmels der Milchstraße, wie wir ihn von der Erde aus sehen, vervollständigt die Szenerie.
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Verformt wie ein Spaghetti
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Wenn sich der todesmutige Raumfahrer dem Schwarzen Loch nähert und dabei Geschwindigkeiten erreicht, die immer näher an die des Lichts heranreichen, werden die Akkretionsscheibe, die Photonenringe und der Sternenhimmel zunehmend verzerrt. Es entstehen Ansichten aus verschiedenen Richtungen gleichzeitig.
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Die Forscher Schnittmann und Powell haben zwei verschiedene Szenarien simuliert: „eines, bei dem ein waghalsiger Astronaut den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs knapp verfehlt und wieder wohlbehalten hinausgeschleudert wird, und eines, bei dem er die Grenze überschreitet und in das Loch stürzt,“ sagt Schnittmann.
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Für den ersten Fall, so hat Schnittmann berechnet, würde der Astronaut nach seiner sechsstündigen Reise – zum Ereignishorizont und zurück zu seinem Ausgangspunkt – 36 Minuten jünger sein als seine Kollegen, die im Raumschiff in sicherem Abstand auf ihn warteten. Die Ursache sind die Gesetze der Allgemeinen Relativitätstheorie, wonach die Zeit in der Nähe einer starken Gravitationsquelle und bei Bewegungen nahe der Lichtgeschwindigkeit langsamer vergeht.
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Im zweiten Szenario durchquert der Astronaut den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs und rast auf dessen Zentrum zu. „Ein eindimensionaler Punkt, der als Singularität bezeichnet wird und an dem die physikalischen Gesetze, wie wir sie kennen, nicht mehr gelten,“ so Schnittmann.
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Sobald der Raumfahrer den Horizont einmal überquert habe, sei sein Ende durch „Spaghettifizierung“ unvermeidlich. Weil die Anziehungskraft an einem Ende, das dem Zentrum des Lochs näher ist, viel stärker wirkt als am anderen Ende, wird er wie eine Nudel auseinandergezogen und schließlich zerrissen.
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Für die umfangreichen Simulationen, die man im Einzelnen hier findet, mussten rund zehn Terabyte (10¹² Byte) an Daten generiert werden, was etwa fünf Tage dauerte, bei einer Auslastung von nur 0,3 Prozent der 129.000 Prozessoren des Discover-Supercomputers. Ein normaler Laptop hätte für die Berechnungen mehr als ein Jahrzehnt gebraucht.
#Voyage #fictif #centre #dun #trou #noir
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