Schwarze Löcher gelten als die dunkelsten Objekte des Universums – doch ganz schwarz sind sie nach heutiger Theorie nicht. Ein internationales Forschungsteam hat den Effekt, der ihnen ein schwaches Leuchten verleiht, nun in einem Laborsystem nachgebildet und dabei einen unerwartet einfachen Mechanismus entdeckt. Die Ergebnisse erscheinen im Fachjournal Nature.
Was Hawking-Strahlung ist
Die Idee geht auf den Physiker Stephen Hawking zurück, der 1974 vorhersagte, dass Schwarze Löcher nicht vollkommen dunkel sind. Am Rand eines Schwarzen Lochs, dem Ereignishorizont, entstehen aus den Gesetzen der Quantenphysik heraus ständig Paare virtueller Teilchen. Wird eines davon verschluckt, während das andere entkommt, sieht es von außen so aus, als sende das Schwarze Loch eine feine Strahlung aus. Über gewaltige Zeiträume verliert es dadurch Masse und „verdampft" langsam. Bei echten Schwarzen Löchern ist diese Strahlung allerdings so unfassbar schwach, dass sie sich mit heutiger Technik nicht direkt nachweisen lässt.
Ein Schwarzes Loch aus Licht
Weil das echte Phänomen unerreichbar bleibt, weichen Fachleute auf Analogien aus: Systeme, die im Labor dieselbe Physik nachbilden, ohne dass tatsächlich Schwerkraft im Spiel ist. Das Team des Weizmann-Instituts in Israel, des Forschungszentrums Cinvestav in Mexiko und der Universität Paderborn nutzte dafür ein faseroptisches Modell: In einer speziellen Glasfaser erzeugten die Forschenden mit Lichtpulsen eine Art künstlichen Ereignishorizont. An dieser Grenze verhält sich das Licht ähnlich wie Materie am Rand eines Schwarzen Lochs.
Der überraschend direkte Weg
Bisher stellte man sich die Entstehung der Hawking-Strahlung als komplizierten, mehrstufigen Vorgang vor. Die Wissenschaftler um den Paderborner Physiker Lorenzo Procopio fanden jedoch Hinweise auf einen einfachen, direkten Mechanismus – die Strahlung entsteht demnach unmittelbarer als bislang angenommen. Zudem beobachteten sie, dass die Strahlung nicht nur passiv aus dem System austritt, sondern auf dieses zurückwirkt. Das rückt einen Effekt, der lange als reine Theorie galt, ein Stück näher an das Experiment heran.
Warum das wichtig ist – und was offenbleibt
Bei allem Reiz gilt es, die Ergebnisse richtig einzuordnen: Nachgebildet wurde ein Analogon, kein echtes Schwarzes Loch. Die Arbeit beweist nicht die astrophysikalische Hawking-Strahlung selbst, sondern beleuchtet den zugrunde liegenden Mechanismus in einem kontrollierbaren Modell. Genau darin liegt ihr Wert: Solche Laborsysteme erlauben es, eine Vorhersage zu untersuchen, die am Himmel womöglich nie direkt messbar sein wird. Für die Grundlagenforschung ist das ein wichtiger Schritt – und ein weiteres Beispiel dafür, wie Quantenoptik hilft, die großen Fragen der Physik im Kleinen greifbar zu machen.
