Zuerst dachte man, man hätte die Lösung in den weißen Zwergen gefunden. Diese seltsamen Objekte waren einerseits schwer wie Stern, andererseits aber nur so groß wie die Erde. Sie waren enorm dicht und waren offensichtlich das, was von einem Stern übrig bleibt, wenn der Druck der Strahlung wegfällt und der kollabiert. Der Astronom Ralph Fowler nutzte die Erkenntnisse der noch frischen Quantenmechanik, um den dichten Zustand zu erklären. Ende der 1920er Jahre formulierten Werner Heisenberg und Erwin Schrödinger die mathematischen Grundlagen dieser neuen physikalischen Theorie zu der auch die berühmte Unschärferelation gehört. Man kann nicht gleichzeitig über Position und Geschwindigkeit eines Teilchens Bescheid wissen. In einem kollabierenden Stern rücken die Teilchen aber immer dichter zusammen, sie haben also immer weniger Platz und ihre Position ist dadurch immer besser bestimmt. Das bedeutet, dass sich ihre Geschwindigkeit immer mehr erhöhen muss und das führt zu einem starken Druck. Dieser Quantendruck wird irgendwann stärker als die ihm entgegenwirkende Gravitationskraft und der Kollaps endet. Aus dem kollabierenden Stern ist ein weißer Zwerg geworden. Und da der Kollaps eines toten Sterns eben so nicht beliebig weiter gehen kann, besteht auch keine Gefahr, dass sich die Masse irgendwann innerhalb der mysteriösen Grenzfläche von Schwarzschild ansammelt. Eddington und Einstein waren zufrieden mit Fowlers Arbeit, die ihren Glauben daran bestätigte, dass die Realität die seltsame Lösung von Schwarzschild nicht zulassen würde.
Diese Arbeit von Ralph Fowler las auch der junge Subrahmanyan Chandrasekhar auf seinem Weg von Indien nach England. Und er merkte, dass Fowler einen Fehler gemacht hatte. Er hatte Einsteins spezielle Relativitätstheorie nicht berücksichtigt! Damit ein ausreichend großer Quantendruck aufgebaut werden kann, müssen sich die Teilchen schnell genug bewegen. Und sie können sich eben nicht beliebig schnell bewegen, da die Lichtgeschwindigkeit nie überschritten werden kann. Als Chandrasekhar die Geschwindigkeit der Teilchen korrekt nach der Relativitätstheorie berechnete, merkte er, dass es darauf ankommt, wie schwer der Stern ist. Sterne mit geringer Masse üben nur eine geringer Gravitationskraft auf ihre Zentrum aus, so dass der Kollaps durch den Quantendruck gestoppt werden kann. Sterne mit größere Masse aber kollabieren so heftig, dass der Quantendruck nicht mehr ausreicht um ihn aufzuhalten. Sie kollabieren weiter und auf einmal war Schwarzschilds seltsame Grenze wieder aktuell.
Chandrasekhar rechnete alles genau durch, zeigte, dass seine Ergebnisse zwingend aus Relativitätstheorie und Quantenmechanik folgten und präsentierte die Arbeit vor der Royal Astronomical Society. Eddington war trotz allem nicht zu überzeugen: “Es muss ein Naturgesetz geben, das verhindert, dass sich ein Stern in dieser absurden Weise verhält!”, verkündete er und Chandrasekhar war vom Widerspruch des berühmten Astronomen so verunsichert, dass er das Thema komplett aufgab und sich anderen Forschungsgebieten widmete.
Erst im Jahr 1939 wurde die Idee wieder aufgegriffen und zwar von Robert Oppenheimer und Hartland Snyder. Die beiden untersuchten einen Vorschlag des russischen Physikers Lew Landau, der dachte, im Inneren von Sternen könnte es Neutronenkerne geben. Das sollte enorm verdichtete Materie sein, die für die Energieproduktion der Sterne verantwortlich ist. Oppenheimer und seine Kollegen konnten zeigen, dass dieses Modell nicht funktionieren würde. Sie konnten aber auch zeigen, dass die Einsteinschen Feldgleichungen tatsächlich eine Lösung beinhalten, nach der sich die Materie eines ausreichend schweren Sterns so stark komprimiert, um innerhalb der Schwarzschildschen Grenzfläche zu landen.
Das, was Oppenheimer, Chandrasekhar und Schwarzschild beschrieben hatten, ist das, was wir heute ein “Schwarzes Loch” nennen. Es entsteht, wenn ein Stern schwerer ist als das Chandrasekhar-Limit (circa die 1,4fache Sonnenmasse) und beim Kollaps kleiner wird als der Schwarzschild-Radius bzw. der Ereignishorizont. Alles was den Ereignishorizont überschreitet, kommt nicht mehr zurück. Nicht einmal Licht, und deswegen ist das schwarze Loch ja auch schwarz.
Damals konnte man zeigen, dass zumindest theoretisch nichts dagegen spricht, dass schwarze Löcher entstehen können. Es gibt kein Naturgesetz das verhindert, dass der Stern sich auf “diese absurde Weise” verhält. Ob es aber in der Realität tatsächlich schwarze Löcher gibt, wusste man nicht. Noch nicht…
Kommentare (10)