Mit einer Genauigkeit von 99,999 Prozent bestätigen neue Daten, was der legendäre Physiker Stephen Hawking schon vor 50 Jahren über schwarze Löcher wusste.
München – Als die ersten Gravitationswellen im September 2015 auf der Erde gemessen wurden, griff Stephen Hawking zum Telefon. Der legendäre Physiker kontaktierte seinen Kollegen Kip Thorne mit einer drängenden Frage: Könnte diese bahnbrechende Entdeckung mit dem Gravitationswellen-Observatorium LIGO endlich seine 44 Jahre alte Theorie über schwarze Löcher bestätigen? Hawking sollte die Antwort nicht mehr erleben. Der Wissenschaftler verstarb 2018, bevor die Technologie präzise genug war, um seine Vorhersage zweifelsfrei zu verifizieren.
Doch zehn Jahre nach der ersten historischen Entdeckung von Gravitationswellen haben Forschende nun mit 99,999-prozentiger Sicherheit bestätigt, was Hawking 1971 theoretisch vorhergesagt hatte: Die Gesamtfläche schwarzer Löcher kann nicht abnehmen, wenn sie miteinander verschmelzen. „Wenn Hawking noch leben würde, hätte er sich an der Vergrößerung der Fläche der verschmolzenen schwarzen Löcher erfreut“, erklärt Kip Thorne, emeritierter Professor für Theoretische Physik am Caltech und Nobelpreisträger von 2017 für die erste Gravitationswellen-Entdeckung.
Stephen Hawking stellte eine revolutionäre Idee zu schwarzen Löchern auf
Im Jahr 1971 stellte der damals 29-jährige Hawking eine revolutionäre Theorie auf: das Schwarze-Loch-Flächentheorem. Dieses besagt, dass die Gesamtfläche schwarzer Löcher im Universum niemals abnehmen kann. Wenn schwarze Löcher verschmelzen, kombinieren sich ihre Massen, was die Oberfläche vergrößert. Gleichzeitig verlieren sie aber auch Energie in Form von Gravitationswellen. Zudem kann die Verschmelzung dazu führen, dass das resultierende schwarze Loch schneller rotiert, was wiederum zu einer kleineren Fläche führt. Hawkings Theorie besagt, dass trotz dieser konkurrierenden Faktoren die Gesamtfläche wachsen muss.
Die aktuelle Messung mit der Bezeichnung GW250114 (die Zahlen geben das Datum an, an dem das Gravitationswellen-Signal die Erde erreichte: 14. Januar 2025) liefert nun den bisher stärksten Beweis für Hawkings Theorie. Das Ereignis ähnelte der ersten Entdeckung von 2015 – beide umfassen kollidierende schwarze Löcher in etwa 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung, mit Massen zwischen dem 30- bis 40-fachen unserer Sonne.
Technologischer Fortschritt ermöglicht Bestätigung einer Hawking-Theorie
Doch dank zehn Jahren technologischer Fortschritte zur Reduzierung von Instrumentenrauschen ist das GW250114-Signal eindeutig klarer. „Wir können es laut und deutlich hören, und das ermöglicht es uns, die fundamentalen Gesetze der Physik zu testen“, erklärt Katerina Chatziioannou, eine der Autorinnen der neuen Studie zu GW250114, die in Physical Review Letters veröffentlicht wurde.
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Durch die Analyse der Frequenzen der bei der Verschmelzung emittierten Gravitationswellen konnte das Team den besten bisher erfassten Beobachtungsbeweis für Hawkings Theorem liefern. Die ursprünglichen schwarzen Löcher hatten eine Gesamtfläche von 240.000 Quadratkilometern, während die endgültige Fläche etwa 400.000 Quadratkilometer betrug – eine eindeutige Zunahme.
„Wir wissen nicht, was in weiteren 10 Jahren passiert“
Dies ist der zweite Test von Hawkings Theorie; ein erster Test wurde 2021 mit Daten aus dem ersten GW150914-Signal durchgeführt. Da diese Daten jedoch nicht so klar waren, hatten die Ergebnisse ein Konfidenzniveau von 95 Prozent im Vergleich zu 99,999 Prozent bei den neuen Daten. „Ein Jahrzehnt an Verbesserungen ermöglichte es uns, diese exquisite Messung durchzuführen“, freut sich Chatziioannou. „Wir wissen nicht, was in weiteren 10 Jahren passieren wird, aber in den ersten 10 Jahren haben wir enorme Verbesserungen an der Empfindlichkeit von LIGO vorgenommen.“
Die posthume Bestätigung von Hawkings Theorie unterstreicht die Weitsicht des Physikers, der trotz seiner fortschreitenden Erkrankung an Amyotropher Lateralsklerose (ALS) einige der bedeutendsten Beiträge zur theoretischen Physik des 20. Jahrhunderts leistete. Seine Arbeiten zur Thermodynamik schwarzer Löcher, zur Hawking-Strahlung und zum Informationsparadoxon schwarzer Löcher haben das Verständnis der Forschung für das Universum grundlegend verändert. (Quellen: Pressemitteilung, eigene Recherche) (tab)