Energie gewinnen aus schwarzen Löchern? – Teil 1

Schwarze Löcher haben eine mythische Ausstrahlung. Schon der Begriff klingt toll. Eines der ersten Astronomie Bücher das ich gelesen habe hieß so und stammte von Isaac Assimov und es gab mal einen Spielfilm der so hieß, Daneben spielen sie ja immer Rollen in Science Fiction filmen. Schwarze Löcher versprechen – zumindest in der Theorie – den zweithöchsten Energiegewinn von bis zu 50% der Energie der in der Materie drinsteckt (nach E=mc²) (nach der Vernichtung von Teilchen mit Antiteilchen mit 100%), etwa 15-mal mehr als man durch Kernfusion und über 200-mal mehr als man durch Kernfission gewinnen kann. Ein Schwarze-Löcher Kraftwerk würde also 200 Kernkraftwerke ersetzen.

Doch warum dem so ist, dazu erst mal eine kurze Geschichte der Schwarzen Löcher. Auf Körper, die diese Eigenschaften haben, kam man erstmals vor 100 Jahren als Karl Schwarzschild sich einigen Vorhersagen der speziellen Relativitätstheorie widmete. Schwarzschild erkannte: Ist ein Körper hinreichend klein, so übersteigt die Fluchtgeschwindigkeit an der Oberfläche die Lichtgeschwindigkeit. Da diese die höchste erreichbare Geschwindigkeit überhaupt ist, kann nichts on dem Körper entkommen nicht mal Lcht. Er erscheint also absolut schwarz.

Zuerst blieben Schwarze Löcher nur eine Vorhersage. Als man in den Fünfziger Jahren die ersten Sternmodelle mit dem Computer durchrechnete zeigte sich, dass sehr massereiche Sterne am Ende ihres Lebens einen so großen Kern haben, dass wenn dieser kollabiert (und das passiert ,wenn der Kernbrennstoff verbraucht ist) er ein Schwarzes Loch bilden kann, weil seine Masse so hoch ist, dass keine andere bekannte Kraft gegen die Gravitationskraft ankommen kann.

Danach waren schwarze Löcher auch praktisch möglich und bald fand man Objekte die man nicht einordnen konnte und die man mit dem Phänomen in Verbindung brachte. Das waren zuerst Quasare, die viel Energie auf kleinem Raum abgaben. Quasare sahen wie Sterne aus, waren aber enorm weit von der Erde entfernt und mussten damit man sie noch auf dieser Entfernung nur als Punkt wahrnahm enorm klein und enorm energieabgebend sein. Das lies sich am besten mit einem schwarzen Loch erklären das Materie aufsaugt. Da sein Radius klein ist kann sie die Materie gar nicht auf einmal „schlucken“. Sie staut sich um das schwarze Loch wird von der Gravitation und dem gegenseitigen Druck aufgeheizt und gibt Strahlung ab. Sehr bald erkannte man, dass wohl in jeder Galaxie in der Mitte ein Schwarzes Loch ist. Dieses ist aber viel größer als die aus Sternen entstehende. Quasare, das zeigten bessere Aufnahmen in den nächsten Jahrzehnten sind die aktiven Kerne von Galaxien in der Frühzeit des Universums, die als sich die Galaxien bildeten viel mehr Materie aufsaugen können als später und so hell strahlten und die restliche Galaxie überstrahlten.

In den Siebzigern fand man dann Sterne, die um einen unsichtbaren Begleiter kreisten und Röntgenstrahlung abgaben. Auch dies passte dazu, dass man ein schwarzes Loch als Begleiter hat. Damit hatte man auch die stellaren schwarzen Löcher gefunden. So war die Welt erst einmal in Ordnung: schwarze Löcher gibt es bei schweren Himmelskörpern. Heute gibt es keinen physikalischen Prozess, der auf engstem Raum so viel Energie zur Verfügung stellt, dass kleinere schwarze Löcher als 3,2-fache Sonnenmasse entstehen konnte. Man hatte aber alle größeren gefunden und alle waren glücklcih.

Doch was war beim Urknall? Damals herrschten kurzzeitig so extreme Bedingungen, dass es im Weltall nur so vor schwarzen Minilöchern wimmeln sollte. Sie sollten bei hoher Teilchendichte und Energiedichte schon aus der Kollision von zwei Teilchen sich bilden. Diese ist um so wahrscheinlicher je höher die Teilchendichte ist. Kurzum: Je näher man dem Urknall kommt um so mehr schwarze Löcher müssten entstehen. Doch wo sind sie alle geblieben? Steven Hawking fand in den Siebzigern die Antwort. Sie ergibt sich wenn man die Quantentheorie auf die schwarzen Löcher anwendet. Nach dieser ist das Vakuum nie ganz leer. Es bilden sich ständig Teilchen-Antiteilchenpaare. Sie vernichten sich nach kurzer Zeit wieder, sodass man sie nie beobachtet. Was man beobachtet ist nur das das Vakuum auch Energie abgibt, sie ist proportional zu der Temperatur und entspricht einem Hintergrundrauschen., Man spricht daher auch von „virtuellen Teilchen“. Doch in der Nähe eines Schwarzen Loches kann folgendes Passieren: ein Teilchen wird ins Loch gezogen. Es kann ihm nicht entkommen. Übrig bleibt das zweite. Von außen aus gesehen emittiert das schwarze Loch daher Strahlung, es gibt Energie ab.

Bei großen Löchern ist diese Energie im Vergleich zur Masse zu vernachlässigen. Sie werden noch lange Zeit wachsen. Doch der Radius, ab dem nichts dem Loch entkommen kann, der Schwarzschildradius, ist linear von der Masse abhängig. Die Oberfläche dagegen quadratisch und das Volumen sinkt in der dritten Potenz. Das bedeutet: ein Tausendmal masseärmeres schwarzes Loch hat eine hundertfach kleinere Oberfläche, gibt also ein Hundertstel der Strahlung ab – dies bei einem Tausendstel der Masse. Je kleiner das Loch ist desto mehr Strahlung gibt es im Verhältnis zur Masse ab, und das ist verhängnisvoll, es wird dadurch masseärmer, gibt also noch mehr Strahlung ab. (Nach m=E/c² kann die Strahlung nicht aus dem Nichts kommen, sondern verringert die Masse des Schwarzen Lochs). Man kann errechnen das schwarze Löcher so immer kleiner werden, bis sie schließlich verdampfen.

Das müsste allen schwarzen Löchern aus der Zeit des Urknalls so passiert sein. Es gibt allerdings auch die Chance, dass viele dieser schwarzen Löcher fusionierten und so größere Löcher bilden, die wiederum leichter andere Löcher aufsaugen und später auch Materie akkumulieren könnten. So könnte es größere schwarze Löcher geben, die länger leben. Nach Hawking würde ein schwarzes Loch mit einer Masse von mehr als 1 Milliarde Tonnen, etwa so viel wie ein kleiner Asteroid wiegt, heute noch existieren und 10000 GW an Leistung abgeben. Nach Hawkings Rechnungen sollte es noch 300 dieser Minilöcher pro Kubik-Lichtjahr geben.

Die abgegebene Leistung des Minilochs ist die von 10 Kraftwerken der 1GW Klasse. Damit könnte man was anfangen. Doch Hawkings Vorhersage von Minilöchern konnte bisher nicht beweisen werden. Man fand keine Hinweise für solche Minilöcher. Selbst die Pioniere 10 Anomalie, die auf ein solches Miniloch hindeutete, konnte anders erklärt werden. Doch nun gibt es zumindest theoretisch die Möglichkeit aus schwarzen Löchern Energie zu beziehen. Doch dazu morgen mehr.

8 thoughts on “Energie gewinnen aus schwarzen Löchern? – Teil 1

  1. Bei 10.000 GW abgestrahlter Leistung müsste man ein solches primoridales Schwarzes Loch doch eigentlich auf kurze Distanz schnell finden müssen ?

  2. ‚Nicht viele‘, das empfinde ich als sehr realtiv.

    Die Oortsche Wolke ist so um die 1-2 Lichtjahre von der Erde entfernt, da reden wir mal eben von deutlich über 1000 Stück, nur in diesem sehr nahen Bereich.
    Müssten die nicht auch einen Gravitationslinseneffekt erzeugen? Müsste man die denn nicht schon längst mit Hubble und Co erspäht haben? Also nicht direkt, aber eben über die Gravitationslinse, oder Verdeckung des Hintergrunds? Oder sind die dafür zu klein?

  3. die mini löcher haben einen durchmesser von wenigen Femto Metern da ist mit linsen effekt nichts. Die müssten sich wenn nur durch ihre Energieabgabe verraten. Wenn die 10.000 GW beträgt und nicht nur in dem Augenblick wo sie verdampfen müssten sie irdischen Teleskopen doch quasi in den Sensor springen oder irre ich mich da? Zumal die Energieabgabe auf so kleinem Raum keine andere Erklärung für die Ursache als ein Miniloch gäbe

  4. 10000 GW ist die Energiemenge die in Erdnähe ein Körper von 50 km Durchmesser an reflektierter Sonnenstrahlung abgibt. Da die Strahlung aber wie oben erwähnt auf kleinstem raum abgegeben wird sieht man in irdischen Teleskopen gar nichts – zum Glück ist unsere Atmosphäre undurchlässig für extrem kurzwellige Gammastrahlung ….

  5. ah okay danke für die Aufklärung Bernd ich hatte die Energie menge auffälliger eingeschätzt. Da versagte mein Schätzvermögen. Wenn nicht zufällig eines in Erdnähe kommt sehn das auch keine Gammateleskope. interessant wäre bei den Fragen bei den primoridalen schwarzen löchern was mit den passiert wenn sie zufällig bei der Bildung eines neuen Stern systems in den Protostern eingebaut werden oder in einem der ProtoPlaneten

  6. Ich kann sehr wohl lesen, aber eben nicht mit solchen Dimensionen rechnen, und genausowenig schätzen. Das gehört nicht zu meinem Alltag. Deshalb habe ich auch 4 Fragezeichen verwendet. Danke für die Vergleiche (Deimos und Energiemenge), damit werden mir die Größenordnungen wesentlich greifbarer.

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