Kann ein Schwarzes Loch sich teilen? Die Physik verbietet es fast, außer es rotiert extrem schnell
Obwohl Schwarze Löcher in der Regel durch Verschmelzung größer werden, untersucht eine neue theoretische Studie das umgekehrte Szenario: dass sich ein Schwarzes Loch in mehrere kleinere aufspaltet. Die extreme Rotation und zusätzliche Dimensionen könnten dabei eine entscheidende Rolle spielen.
Schwarze Löcher werden meist als einsame Objekte vorgestellt, aber sie können sich auch begegnen, zusammenstoßen und verschmelzen, um noch massereichere zu bilden. Könnte nun aber auch das Gegenteil passieren? Ist es möglich, dass sich eines teilt und zwei oder mehr kleine Schwarze Löcher entstehen?
Diese Möglichkeit wurde von Forschern der Universität Süddänemark in einer theoretischen Studie untersucht, die am 22. Oktober 2026 in der Fachzeitschrift „Physical Review D“ veröffentlicht wurde. Ihre Schlussfolgerungen deuten darauf hin, dass eine Spaltung unter normalen Bedingungen sehr unwahrscheinlich ist. Allerdings könnten bestimmte Extremszenarien dies ermöglichen.
Bislang gibt es keine Beobachtungsdaten, die darauf hindeuten, dass sich ein Schwarzes Loch geteilt hat.
Die Entropie – einer der Schlüssel zum Verständnis dieses Phänomens
Die größte Schwierigkeit hängt mit der Entropie zusammen, einer physikalischen Eigenschaft, die die möglichen mikroskopischen Konfigurationen eines Systems beschreibt.
Einfach ausgedrückt: ermöglicht es zu verstehen, welche Umwandlungen spontan ablaufen können und welche auf thermodynamische Hindernisse stoßen.
Bei einem nicht rotierenden Schwarzen Loch würde eine Aufteilung in zwei kleinere Objekte die Gesammentropie verringern. Dies widerspricht dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, der besagt, dass die Entropie eines isolierten Systems nicht spontan abnehmen kann.
Unter diesen Umständen wäre eine Fragmentierung also verboten. Allerdings könnte sich die Situation ändern, wenn ein weiterer Faktor ins Spiel kommt: die Rotation.
Die extreme Rotation könnte die Spielregeln ändern
Ein sich schnell drehendes Schwarzes Loch verfügt über Energie, die mit dieser Bewegung verbunden ist, was die physikalischen Bedingungen verändert, die darüber entscheiden, ob es sich aufspalten könnte.
Wissenschaftler beschreiben diese Transformation anhand einer Geometrie, die als „Pair-of-Pants-Topologie“ bezeichnet wird. Die Analogie stellt ein ursprüngliches Schwarzes Loch dar, das sich in zwei unabhängige Objekte aufspaltet, ähnlich wie eine Öffnung, die sich in die beiden Hosenbeine einer Hose teilt.
Es gibt jedoch eine grundlegende Voraussetzung: Die neuen Schwarzen Löcher müssen sich voneinander entfernen können, anstatt sich wieder anzunähern und zu verschmelzen.
Durch die Einbeziehung dieser Anforderung in die Berechnungen verringern sich die Wahrscheinlichkeiten einer Fragmentierung erheblich. Laut Sannino erscheint dieses Szenario nur für Schwarze Löcher realistisch, die sich mit Geschwindigkeiten nahe dem zulässigen Höchstwert drehen.
Was wäre, wenn es zusätzliche Dimensionen gäbe?
Die Forschung befasst sich auch mit exotischeren Szenarien. Einige Theorien gehen davon aus, dass das Universum neben den drei Dimensionen, die wir tagtäglich erleben, noch weitere räumliche Dimensionen haben könnte.
Auch wenn sie bisher noch nicht nachgewiesen wurden, würde ihre Existenz unser Verständnis der Schwerkraft verändern und könnte das Verhalten von Schwarzen Löchern beeinflussen.
Bei bestimmten Modellen mit größeren Abmessungen könnten diese Objekte instabil werden und sich aufspalten. In diesem Zusammenhang wäre eine Aufspaltung wahrscheinlicher, da die Gesammentropie zunehmen könnte, wodurch der Prozess thermodynamisch günstig würde.
Die Forscher können noch keine konkrete Wahrscheinlichkeit für das Eintreten dieses Ereignisses angeben. Dies hängt unter anderem davon ab, wie sich die Schwerkraft jenseits von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie verhält.
Eine besonders interessante Möglichkeit betrifft die primordialen Schwarzen Löcher, hypothetische winzige Objekte, die sich in den ersten Bruchteilen einer Sekunde nach dem Urknall gebildet haben könnten. Laut Sannino würden sie eher zerfallen als größere astrophysikalische Schwarze Löcher.
Könnten wir jemals eine Fragmentierung feststellen?
Auch wenn es keine Beobachtungen gibt, die diese Hypothese stützen, sind die Wissenschaftler der Ansicht, dass man nach indirekten Belegen suchen könnte.
Teleskope, die Gammastrahlen nachweisen können, wie beispielsweise das Fermi-LAT der NASA, könnten dabei helfen, Signale zu identifizieren, die mit winzigen Fragmenten von Schwarzen Löchern in Verbindung stehen.
Derzeit ist die Möglichkeit, dass sich diese Objekte teilen, reine Theorie. Ihre Untersuchung ermöglicht es jedoch, die Grenzen der bekannten physikalischen Gesetze auf die Probe zu stellen und einige der extremsten Phänomene des Universums besser zu verstehen.