So baut man eine Bombe aus einem Schwarzen Loch!

Schwarze Löcher sind die wohl größten Ansammlungen reiner, brachialer Energie im Universum. Kommst du ihnen zu nah, verschlingen sie dich und nehmen deine Energie in sich auf. So ist unsere Energie für immer futsch. Oder etwa nicht?

Tatsächlich gibt es einen "Cheat Code" im Universum. Er macht es möglich, Zivilisationen für immer mit Energie zu versorgen oder gar die größte Bombe des Universums zu erschaffen. Aber wie? Haben wir nicht gelernt, dass sämtliche Energie für immer im Schwarzen Loch gefangen bleibt - selbst Licht? Stimmt, doch alles, was du über das eigenartigste Phänomen des Universums zu wissen glaubst, wird noch eigenartiger - denn: Schwarze Löcher rotieren.

*Titelmelodie*

Wenn sehr, sehr massereiche Sterne sterben, kollabieren ihre Kerne unter ihrer eigenen Schwerkraft zu Schwarzen Löchern. Bedeutet: Etwas sehr Großes wird sehr, sehr klein, so klein wie das kleinste Etwas im Universum sein kann. Doch Sterne rotieren. Und eine grundlegende Eigenschaft unseres Universums ist, dass Dinge, die sich drehen, nicht anhalten wollen. Das nennt man "Drehimpuls". Dieser Drehimpuls kann nicht verschwinden. Und wenn etwas großes Rotierendes plötzlich kleiner wird, dann nimmt seine Rotations- geschwindigkeit zu. Wenn also der Stern kollabiert, bewirkt der Drehimpuls, dass er sich immer schneller dreht, bis er zu einem Schwarzen Loch zusammenfällt. Und auch das dreht sich weiter, unfassbar schnell. Einige Exemplare drehen sich millionenfach pro Sekunde.

Genau wie nicht rotierende Exemplare haben rotierende Schwarze Löcher einen Ereignishorizont und eine Singularität in ihrem Kern, in dem sich all ihre Masse konzentriert. Die Singularität wird meist als einzelner, unendlich kleiner Punkt ohne Oberfläche beschrieben. Doch Punkte können sich nicht drehen. Also kann eine rotierende Singularität kein Punkt sein. Darum ist es eine "Ringsingularität". Eine Ringsingularität ist ein Ring mit der Stärke Null und ohne Oberfläche. Er dreht sich sehr schnell und enthält die gesamte Masse des Schwarzen Lochs.

Das Schwarze Loch dreht sich so schnell, dass es Raum und Zeit selbst verzerrt. Es zieht den Raum und dessen Energie wortwörtlich mit sich. So entsteht ein neuer und extrem seltsamer Bereich der Raum-Zeit: die "Ergosphäre", die das Schwarze Loch umhüllt. Sind Raum und Zeit innerhalb des Ereignishorizonts komplett zerstört, so sind sie es in der Ergosphäre nur zum Teil. Innerhalb der Ergosphäre macht einfach nichts mehr Sinn. Es ist möglich, hinein und auch wieder hinaus zu gelangen - ist aber wahrscheinlich keine so tolle Erfahrung. Man kann es sich so vorstellen: In ein stillstehendes Schwarzes Loch zu fallen, ist so, als würde man in ein Loch reinrutschen. Doch in die Ergosphäre eines rotierenden Schwarzen Lochs zu gelangen, ist, als würde man von einem gewaltigen Abfluss mitgerissen werden.

Das schwarze Loch überträgt seine Rotationsenergie auf alles, was in die Ergosphäre gelangt. Die Ringsingularität befiehlt dir: Tanz! - Ob du willst oder nicht. Du müsstest dich schon schneller als das Licht bewegen, um hier stillzustehen. Einfach unmöglich.

Doch kommen wir nun zum "Cheat Code": Wir können uns diese Energie schnappen - und es gibt viel davon. Nehmen wir das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße. Wir könnten davon so viel Energie klauen wie alle Sterne der Milchstraße innerhalb 1 Mrd.Jahre zusammen abstrahlen.

Der einfachste Weg wäre, so komisch das klingt, etwas ins Schwarze Loch zu schmeißen. Wir haben gesehen, dass die Ringsingularität uns ihre Energie aufzwingt, sobald wir die Ergosphäre betreten. Wie in einem Strudel, nur eben gefüllt mit Raum-Zeit statt Wasser. Wenn du schlau bist, kannst du die Strömung des Wassers zu deinem Vorteil nutzen und schneller schwimmen. In der Praxis heißt das: Wir schicken eine Rakete in die Ergosphäre und betreiben einen Handel mit dem Schwarzen Loch. Von uns bekommt es etwas Masse und es gibt uns dafür Rotationsenergie. Kein fairer Deal, denn wir erhalten mehr. Schießt du eine Rakete ab, so tauschst du normalerweise chemische gegen Bewegungs-Energie. Doch machst du das ganze in der Ergosphäre, bekommst du mehr zurück als du gegeben hast. Denn der Raum unter dir ist in Bewegung. In etwa wie im Strudel. Du schiebst nicht nur gegen deinen eigenen Antrieb, sondern auch gegen den Strudel der Raum-Zeit unter dir, die dir noch mehr Schub gibt. Du gibst dem Schwarzen Loch Masse, um der Ergosphäre zu entkommen und bekommst Rotationsenergie gratis dazu. Das Schwarze Loch verliert dabei nur ein klein wenig Energie und wird ein wenig langsamer. Das erfordert natürlich reichlich Futter. Zum Glück sind Schwarze Löcher keine Feinschmecker. Eine fortgeschrittene Zivilisation könnte vielleicht Asteroiden einfangen und sie in ein Schwarzes Loch werfen, wenn sie mal einen "Energieboost" brauchen.

Doch es gibt noch einen besseren Weg, an die Energie eines Schwarzen Lochs zu kommen. Ganz nebenbei würde dabei die größte Bombe entstehen, die jemals gebaut wurde: Wir brauchen nur zwei Dinge, um eine Schwarze-Loch-Bombe zu bauen: ein schnell rotierendes Schwarzes Loch und einen großen Spiegel. Dieser muss das schwarze Loch komplett umhüllen, ein wenig wie bei der "Dyson-Sphäre", einem Megakonstrukt, das die Energie eines ganzen Sterns einfangen soll. Unser Spiegel wäre dagegen noch einfacher zu bauen. Spiegel sind simpler und Schwarze Löcher sind viel, viel kleiner als Sterne. Würden wir den Spiegel 10 cm dick machen, wäre das Metall eines großen Asteroiden vermutlich ausreichend Material für ein Schwarzes Loch mit der Masse unserer Sonne.

Sobald unser Spiegel an der richtigen Position ist, müssen wir nur noch ein Fenster öffnen und elektromagnetische Wellen auf das Schwarze Loch schießen. Doch was passiert dann? Stell dir mal vor, du schmeißt einen Ball gegen eine Wand, und er kommt schneller als eine Pistolenkugel zurückgeschossen. Die Wellen treffen das Schwarze Loch mit Lichtgeschwindigkeit. Ein kleiner Anteil der Wellen fällt dabei hinter den Ereignishorizont und verschwindet für immer. Doch ein viel größerer Anteil schwappt durch die Ergosphäre, wo das Schwarze Loch den Wellen noch etwas Rotationsenergie aufzwingt und sie verstärkt. Wissenschaftler nennen das: "Superradiant Scattering". Die Wellen prallen zwischen Spiegel und Schwarzem Loch herum und werden dabei verstärkt. Bei jedem Rundgang werden sie exponentiell stärker. Indem wir ein paar Fenster im Spiegel öffnen, können wir die Energie der Wellen genauso schnell abzapfen wie sie entstehen. Diese könnten uns rein theoretisch eine nahezu endlose Energiequelle liefern, für Billionen von Jahren. Oder wir könnten es hochjagen: Werden die Welle nicht freigelassen, so werden sie stärker und stärker und nehmen dabei mehr und mehr Energie vom Schwarzen Loch, bis der Spiegel zerbricht. Ein supermassereiches Schwarzes Loch würde so viel Energie wie eine Supernova freisetzen und wir hätten damit die größte Explosion erzeugt, die jemals ein Lebewesen erschaffen hätte.

Das Schöne an der Schwarzen-Loch-Bombe, dem Penrose-Prozess und dem Superradiant Scattering ist, dass es sich dabei nicht um Science-Fiction handelt. In ferner Zukunft könnte das unsere einzige Chance sein, in unserem sterbenden Universum zu überleben. Nachdem alle Roten Zwerge sich abgekühlt und alle Weißen Zwerge sich in Schwarze Zwerge verwandelt haben, wird das Universum für immer dunkel sein. Dann könnten rotierende Schwarze Löcher die einzige Energiequelle sein, die Lebewesen noch abschöpfen können. Wenn das so ist, dann wird vielleicht das letzte Lebewesen im Universum eines Tages seinen letzten Augenblick an einem Schwarzen Loch verbringen. Das ist zugleich schaurig und aufmunternd. Denn wie sich herausstellt, gibt es auch Orte ohne Licht, die unser Zuhause sein können.

Untertitel: ARD Text für funk (2019) "Vogelgezwitscher und sphärische Musik*