Haben Schwarze Löcher eine begrenzte Lebensdauer?

Frage der Woche: Zeigt Wissenschaft, ob Schwarze Löcher eine begrenzte Lebensdauer haben, wie die Verbrennungszeiten der Sterne, oder werden sie für immer die umgebende Materie und Energie verschlingen?

Meine Antwort: In 1974 zeigte der britische Physiker Stephen Hawking, dass Schwarze Löcher eine begrenzte Lebensdauer haben. Hawking zeigte, dass Quantenwirkungen sehr nahe am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs Quantum-Raumzeitfluktuationen verursachen, die wiederum Teilchen entstehen lassen. Viele dieser am Ereignishorizont erzeugten Teilchen werden vom Schwarzen Loch wieder aufgesaugt, aber nicht alle. Manche werden in der Form von ausströmender “Hawking Strahlung” entkommen.

Alle Schwarze Löcher verlieren Masse durch Hawking Strahlung. Für die überwiegende Mehrheit der heute existierenden Schwarzen Löcher übertrifft die Masse, die sie von Gas und Sternen außerhalb des Ereignishorizonts ansaugen, die Masse, die sie durch Hawking Strahlung verlieren. Für jedes Schwarze Loch aber kommt eine Zeit, wo der Vorrat an Gas und Sterne in der Nähe aber außerhalb des Ereignishorizonts sich erschöpft. Sobald das passiert, beginnt das Schwarze Loch zu sterben. Das heißt, es beginnt seine ganze Masse durch Hawking Strahlung zu verlieren.

In 1976 rechnete der Physiker, Christ und Freund von Reasons to Believe, Don Page, die Zeit bis zum Tod eines Schwarzen Lochs, das keine Materie mehr aufsaugt. Er zeigte, dass, je größer die Masse des Schwarzen Lochs, desto länger braucht die Hawking Strahlung, die ganze Masse des Schwarzen Lochs wegzustrahlen. Die Zeit bis zur vollständigen Wegstrahlung des kleinst-bekannten Schwarzen Lochs ist um die 10⁶⁶ Jahren. Für ein supermassives Schwarzes Loch mit einer Masse gleich 100 Milliarden Sonnenmassen übertrifft diese Zeit bis vollständigen Wegstrahlung 10¹⁰⁰ Jahren.

Kurz vorm Ende der Lebensdauer eines Schwarzen Lochs wird die Emissionsrate extrem hoch. In den letzten 0,1 Sekunde würden Schwarze Löcher so klein wie zwei Sonnenmassen mindestens 10³⁰ Ergs ausstrahlen. Größere Schwarze Löcher würden viel mehr ausstrahlen. Astronomen nennen solche Todesereignisse Weiße Löcher.

Fazit: Ja, Schwarze Löcher habe eine begrenzte Lebensdauer aber diese Lebensdauer sind viele, viele Größenordnungen länger als das Alter des Universums, mindestens eine Million-Billion-Billion-Billion-Billion Billionen-Mal länger!

Endnoten

1. Stephen W. Hawking, “Black Hole Explosions?” Nature 248 (März 1, 1974): 30–31, doi:10.1038/248030a0.
2. Don N. Page, “Particle Emission Rates from a Black Hole: Massless Particles from an Uncharged, Nonrotating Hole,” Physical Review D 13, nr. 2 (Januar 15, 1976): 198–206, doi:10.1103/PhysRevD.13.198.