Erklärt: Nobelpreis für Physik schwarzer Löcher

Roger Penrose, 89, holt sich den längst überfälligen Preis für den Beweis, dass Schwarze Löcher existieren. Er teilt es mit Andrea Ghez und Reinhold Genzel, die festgestellt haben, dass es ein massives Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße gibt

Ein schwarzes Loch. Drei Wissenschaftler erhielten am Dienstag, 6. Oktober 2020, den Nobelpreis für Physik für die Aufklärung der allzu seltsamen Realität von Schwarzen Löchern. (Event Horizon Telescope Collaboration/Maunakea Observatories über AP)

1997 organisierte der berühmte indische Astrophysiker Jayant Narlikar in einem Auditorium im Zentrum von Pune einen öffentlichen Vortrag für einen britischen mathematischen Physiker, der zu Besuch war. Wider Erwarten kamen über 5.000 Menschen, um zuzuhören. Da das Auditorium überfüllt war, mussten die Türen geschlossen werden. Aber die Leute brachen die Türen auf, um hineinzukommen, was zu Aufregung führte. Die Polizei musste eingreifen und drohte, Narlikar festzunehmen, weil sie öffentliche Unruhen verursacht hatte.

Redner an diesem Tag war kein Geringerer als Roger Penrose, der heute 89-jährige, theoretische Physiker, Mathematiker, Wissenschaftsphilosoph und Bestsellerautor, der am Dienstag für seine Arbeit über Schwarz mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde Löcher. Penrose gewann den halben Preis.

Im zweiten Jahr in Folge, als die Physikpreis in die Astrophysik gegangen ist, die andere Hälfte teilen sich Andrea Ghez, 55, aus den USA, und der deutsche Astronom Reinhold Genzel, 68, die unabhängig voneinander an zwei verschiedenen Observatorien arbeiten. Ihre Arbeit im Laufe der Jahre, die auf unabhängigen Beobachtungen durch zwei verschiedene Teleskope basiert, hat überzeugende Beweise für die Anwesenheit eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße geliefert.

Ghez und Genzel, deren Hauptwerk in den 1990er und frühen 2000er Jahren entstand, gelten seit vielen Jahren als Nobelpreisträger.

Lange überfällig

Für Penrose ist die Ehrung längst überfällig. Seine Arbeit, die im Zitat erwähnt wurde – eine Bestätigung dafür, dass sich Schwarze Löcher tatsächlich bilden, und ihre detaillierte Beschreibung – wurde bereits 1965 abgeschlossen.

Die Auszeichnung für Penrose ist eine kleine Überraschung, da sie so spät gekommen ist. Tatsächlich hatte ich gedacht, er würde die Auszeichnung nie erhalten, genau wie (Stephen) Hawking, sein Mitarbeiter bei der Arbeit an Schwarzen Löchern, nie war. Die meisten seiner Arbeiten zu Schwarzen Löchern entstanden in Zusammenarbeit mit Hawking. Die beiden verbindet seit mehreren Jahrzehnten eine lange Verbindung. Es sei schwierig, die eine Arbeit von der anderen zu trennen, sagte Somak Raychaudhury, Direktor des Interuniversitären Zentrums für Astronomie und Astrophysik (IUCAA) in Pune.

Aber Penrose hat noch so viele andere Beiträge, in der Mathematik, in der Physik, in der Philosophie. Schwarze Löcher machen einen sehr kleinen Teil seiner Arbeit aus. Es ist wirklich überraschend, warum er all die Jahre nicht den Nobelpreis bekommen hat. Aber auch Hawking wurde ignoriert, und jetzt kommt die Anerkennung für Penrose nur zwei Jahre nach Hawkings Tod. Im Idealfall hätten die beiden zusammen anerkannt werden sollen, sagte Raychaudhury, der in den 1980er Jahren als Student in Oxford sowohl Kurse bei Penrose als auch bei Hawking besucht hatte.

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(von links) Reinhard Genzel, Astrophysiker am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik; Andrea Ghez, Professorin für Physik und Astronomie an der UCLA, und Roger Penrose von der University of Oxford. (Matthias Balk/dpa, Elena Zhukova/UCLA, Danny Lawson/PA via AP)

Ghez & Genzel

Zum Glück wurden Ghez und Genzel rechtzeitig erkannt. Leute wie ich waren davon überzeugt, dass sie mit Sicherheit geehrt werden würden… Auch hier ist das eine ohne das andere nicht zu erkennen, obwohl sie getrennt gearbeitet haben. Sie haben zwei verschiedene Experimente mit zwei verschiedenen Teleskopen in zwei verschiedenen Ländern durchgeführt und sind im Wesentlichen zu demselben Schluss gekommen, sagte er.

Ghez, der viel Zeit damit verbringt, die Wissenschaft zu popularisieren und über Schwarze Löcher zu sprechen, arbeitet am Keck-Observatorium auf Hawaiis Mauna Kea und Genzel an der Very Large Telescope-Anlage auf dem Paranal-Berg in Chile.

Sie machten genaue Messungen der Bahnen der hellsten Sterne in dem Bereich, der als Mitte der Milchstraße gilt, und ihre Studien zeigten, dass die etwas ungewöhnlichen Flugbahnen und die Geschwindigkeit der Sterne nur durch das Vorhandensein eines sehr massereichen, aber unsichtbaren , göttlicher Körper. Dies ist heute als das supermassive Schwarze Loch Sagittarius A* bekannt, das eine Masse von vier Millionen Mal so groß wie die Sonne hat und auf eine Fläche von ungefähr der Größe unseres Sonnensystems beschränkt ist.

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Abbildung: nobelpreis.org

Schütze A*

Die Welt könnte bald sehen, wie es aussieht. Sagittarius A* ist eines von zwei Schwarzen Löchern, deren Fotografien vom Event Horizon Telescope-Projekt aufgenommen wurden. Schwarze Löcher emittieren oder strahlen nichts aus, nicht einmal Licht. Ihr Bild kann also nicht erfasst werden. Aber der Bereich direkt außerhalb seiner Grenze, der Ereignishorizont genannt wird, in dem riesige Mengen von Gas, Wolken und Plasma heftig wirbeln, emittiert alle Arten von Strahlungen, sogar sichtbares Licht.

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Durch ein Netzwerk riesiger Teleskope haben Wissenschaftler Strahlungen von außerhalb des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs gesammelt und ein Bild neu erstellt. Das Schwarze Loch ist nur zu sehen, weil es im Bild von einem sehr hellen, orange-roten Donut-förmigen Ring eingeschlossen ist. Auf diese Weise wurden Bilder von zwei Schwarzen Löchern aufgenommen. Eines davon, das Schwarze Loch im Zentrum der Messier-87-Galaxie, 55 Lichtjahre von der Erde entfernt, wurde letztes Jahr von Wissenschaftlern freigesetzt.

Das Bild von Schütze A* wurde noch bearbeitet; es wird in ein paar Monaten veröffentlicht.

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Die Kolkata-Verbindung

Dibyendu Nandi vom IISER, Kolkata, wies auf den Beitrag des indischen Physikers Amal Kumar Raychaudhuri zu den Arbeiten von Penrose und Hawking über Schwarze Löcher hin. Raychaudhuri, der in den 1950er Jahren am Presidency College in Kolkata lebte, hatte während seiner Arbeiten zur Allgemeinen Relativitätstheorie theoretische Ergebnisse geliefert und eine nach ihm benannte Gleichung entwickelt. Diese Gleichung und seine Ergebnisse erwiesen sich in der späteren Arbeit von Penrose und Hawking als entscheidend.

Als ich Penrose zum ersten Mal fragte, ob ich an einem der von ihm angebotenen Kurse teilnehmen könnte, fragte er mich, woher ich komme. Und als ich ihm sagte, dass ich aus der Präsidentschaft in Kalkutta komme, fragte Penrose, ob ich mit Amal Kumar Raychaudhuri verwandt sei. Ich sagte ihm, dass ich es nicht tue, aber ich wurde von ihm unterrichtet. Auch Hawking war im Raum, erinnerte sich Somak Raychaudhury.

Ich weiß nicht, ob sich Penrose und AKR (Amal Kumar Raychaudhuri) jemals getroffen haben, da AKR immer in Kalkutta ansässig war. Aber die Ergebnisse von AKR waren etwas, das für ihre eigene Arbeit entscheidend war, und sie haben dies mehrmals anerkannt, sagte er.

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