Hawking-Strahlung, theoretisch vor fast 40 Jahren vorhergesagt, wurde zum ersten Mal beobachtet. Allerdings nicht im Himmel, sondern im Labor.
Der bekannte Wissenschaftsverbreiter Stephen Hawking erlangte bereits in den 1970er Jahren weltweite Berühmtheit – vor allem durch seine theoretischen Forschungen zur Physik Schwarzer Löcher. Vielleicht war sein Hauptverdienst die Hypothese der Verdunstung von Schwarzen Löchern als Folge der Emission von Teilchen zu Ehren des Wissenschaftlers namens Hawking-Strahlung.
Um diesen Vorgang kurz zu erklären, sei daran erinnert, dass aus quantenmechanischer Sicht auch das idealste Vakuum niemals ruhig bleibt. Darin kochen ständig Schwankungen, es entstehen Teilchen- und Antiteilchenpaare, die sich sofort wieder vernichten, weshalb sie virtuell genannt werden. Je stärker die äußeren Felder sind, desto aktiver wird dieser Tanz der Chancen. Die Art, wie er in der Nähe eines Schwarzen Lochs geht und Hawking betrachtet.
Tatsächlich sollten bei einem so starken externen Gravitationsfeld wie einem Schwarzen Loch Quantenfluktuationen in seiner Nähe eine relativ hohe Intensität erreichen. Aber das Interessanteste passiert an der bedingten Grenze des Lochs, in der Nähe seines Ereignishorizonts. Das ist eine imaginäre Linie, jenseits derer weder Materie noch Strahlung zurückweichen können: hier herrscht die Anziehungskraft des Lochs über alles.
Also, argumentierte Hawking: In unmittelbarer Nähe eines Schwarzen Lochs erscheinen und verschwinden intensiv Paare virtueller Teilchen. Was aber, wenn einer von ihnen zufällig durch einen Ereignishorizont getrennt wird? Die Linie ist spekulativ, wie der Äquator, in Wirklichkeit gibt es keine Grenze, und das Teilchen kann durchaus außerhalb davon geboren werden und das Antiteilchen - innerhalb. Dann wird das Antiteilchen unweigerlich absorbiert, und die Masse des Schwarzen Lochs nimmt ab, und das Teilchen stürzt in den Weltraum. Dies wird die "Verdampfung" des Schwarzen Lochs sein: Das Loch verliert Masse, das Loch strahlt.
Seitdem haben Astronomen unermüdlich den Himmel erkundet und versucht, Hawking-Strahlung zu entdecken - aber ohne Erfolg. Erst neulich gelang es Italienern, die unter Franco Belgiorno arbeiteten, es zu beobachten. Allerdings nicht in fernen Himmeln, sondern in seinem eigenen Labor.
Hier muss gesagt werden, dass Schwarze Löcher nicht die einzigen Objekte sind, die einen Ereignishorizont haben können. Theoretisch kann es in jedem Medium erzeugt werden, durch das sich Wellen unterschiedlicher Art bewegen. Diese Tatsache wurde von italienischen Wissenschaftlern genutzt. Zunächst nahmen sie eine Probe eines Materials, das nichtlineare optische Eigenschaften aufweist. Einfach gesagt, eine Substanz, deren Brechungsindex sich unter dem Einfluss von hochintensiver Strahlung ändert.
Wissenschaftler arbeiteten mit einem Laser daran: Als sich der Strahl durch das Material bewegte, entstand eine Art Welle der Brechungsindexänderung - innen war sie viel höher als außen. Der Unterschied in den optischen Eigenschaften schloss buchstäblich das Innere ein und schuf einen umgestülpten Ereignishorizont, in den die Strahlung nicht eindringen konnte. In unserem Fall ist die Orientierung dieser Grenze nicht wichtig, wichtig ist, dass sie theoretisch die gleichen Bedingungen für das Auftreten von Strahlung von virtuellen Teilchenpaaren schafft.
In der Tat haben Belgiorno und seine Kollegen dies bald aufgezeichnet: Zusätzlich zu der 1055-nm-Strahlung des von ihnen verwendeten IR-Lasers wurde Strahlung bei 850 nm und unter den Winkeln nachgewiesen, die die Berechnung für Hawking-Strahlung vorhersagte.
Natürlich wird es noch viel Arbeit erfordern, andere mögliche Quellen dieser Strahlung mit 100%iger Sicherheit abzuschneiden - Fluoreszenz, den Vavilov-Cherenkov-Effekt und so weiter. Aber wenn sich die Beobachtung bestätigt, wird es ein äußerst wichtiges Ereignis sein. Schon allein deshalb, weil die Hawking-Strahlung auch den Mechanismus des Todes von Schwarzen Löchern durch Verdunstung und die mögliche Bildung seltsamer Maximon-Partikel aufdeckt. Sie können mehr darüber in unserem beliebten Artikel Die erstaunliche Geschichte der Schwarzen Löcher lesen.
