Robert Klatt
Physiker haben die erste Laborversion einer Schwarzen-Loch-Bombe erschaffen. Es handelt sich dabei um die Nachbildung einer über 50 Jahre alten Theorie, bei dem Energie rund um ein rotierendes Schwarzes Loch anwächst und sich explosionsartig entlädt.
Southampton (England). Physiker der University of Southampton (Soton) um Prof. Dr. Hendrik Ulbricht haben laut einer Publikation auf dem Preprint-Server arXiv die erste Laborversion einer sogenannten Schwarzen-Loch-Bombe erschaffen. Es handelt sich dabei um die Nachbildung eines Phänomens, bei dem Energie rund um ein rotierendes Schwarzes Loch anwächst und sich explosionsartig entlädt.
Die Basis für die Schwarze-Loch-Bombe hat der britische Mathematiker Roger Penrose bereits 1971 entwickelt. Die Theorie beschreibt eine Methode zur Energiegewinnung aus einem rotierenden Schwarzen Loch, die auf der Verdrillung der Raumzeit durch die Rotation massereicher Objekte (Frame Dragging) basiert.
Im Weltraum tritt der sogenannte Frame-Dragging-Effekt, der in der Astronomie auch als Lense-Thirring-Effekt bezeichnet wird, in der Ergosphäre eines rotierenden Schwarzen Lochs auf. In diesem Bereich außerhalb des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs wird die Raumzeit so stark mitgerissen, dass Objekte theoretisch eine höhere Geschwindigkeit als Licht im Vakuum erreichen können.
Der sowjetische Physiker Jakow Seldowitsch hat die Theorie von Penrose anschließend erweitert und postuliert, dass ein ähnlicher Energieverstärkungseffekt auch eintreten kann, wenn sich Licht extrem schnell um einen rotierenden Metallzylinder bewegt. Laut seiner Hypothese kann sich die Energie in einer Rückkopplungsschleife potenzieren, wenn der Zylinder von einem reflektierenden Spiegel umgeben ist.
Wenn man das von Seldowitsch beschriebene physikalische Phänomen auf ein Schwarzes Loch übertragt, bedeutet dies, dass eine Schwarze-Loch-Bombe entsteht, deren freigesetzte Energiemenge mit einer Supernova vergleichbar ist. Die Schwarze-Loch-Bombe funktioniert ohne externe Energiequelle, weil das Schwarze Loch mikroskopische elektromagnetische Fluktuationen im Vakuum verstärkt und dadurch Energie erzeugt.
In der Forschung galt es bisher jedoch als unmöglich, ein physisches Objekt zu konstruieren, das sich schnell genug dreht, um eine Interaktion mit Lichtfrequenzen zu erreichen. Ulbricht und sein Team haben trotzdem während des Covid-19-Lockdowns damit begonnen, einen entsprechenden Prototyp zu entwickeln. Dieser besteht aus einem rotierenden Aluminiumzylinder mit Magnetfeldern, die den Rückkopplungsmechanismus nachbilden. Laut den Forschern gelang es so tatsächlich, ein System zu bauen, das eine klare Energieverstärkung erreicht.
„Ich war so begeistert – man könnte sagen, es hat mich während Corona gerettet.“
Der Prototyp der Schwarzen-Loch-Bombe besteht aus einem rotierenden Aluminiumzylinder, der von drei Schichten aus metallischen Spulen umgeben ist. Diese Spulen produzieren ein starkes Magnetfeld, das sich mit einer nahezu identischen Geschwindigkeit wie der Zylinder dreht.
Im Versuchsaufbau nimmt das Magnetfeld die Rolle des Lichts ein und die Spulen wirken wie die Spiegel, indem sie das Magnetfeld einfangen und verstärken. Es kommt dadurch, wie von Seldowitsch postuliert, zu einer Verstärkung des magnetischen Signals. Außerdem hat das System auch ohne äußeres Magnetfeld eine Signalverstärkung aus dem Hintergrundrauschen produziert, wie es auch bei einem realen Schwarzen Loch passieren soll.
Wie Dr. Vítor Cardoso von der Universität Lissabon erklärt, zeigt die präzise Labormessung dieses Effekts, dass das gleiche Phänomen sehr wahrscheinlich auch bei realen Schwarzen Löchern besteht. Die im Labor erzeugte Schwarze-Loch-Bombe eröffnet der Physik somit die Möglichkeit, die Superstrahlung detailliert zu untersuchen. Zudem halten es die Physiker für denkbar, dass sie mit der Schwarzen-Loch-Bombe Theorien über exotische Felder testen können.
„Wenn solche neuen Felder existieren. sollten wir zum Beispiel Gravitationswellen aus dieser Teilchenwolke um Schwarze Löcher sehen – oder beobachten, wie Schwarze Löcher langsamer rotieren, weil sie ihre Energie an diese neuen Teilchen abgeben.“
arXiv, doi: 10.48550/arXiv.2503.24034
