Kollabierender Stern könnte Mini-Universum erschaffen

Massereiche Sterne erzeugen Licht und Wärme durch Kernfusion – dabei wird enorme Energie im Zentrum freigesetzt. Doch irgendwann geht den größten Sternen der Brennstoff aus. Dann ist der von der Strahlung erzeugte Druck nicht mehr stark genug, um der Schwerkraft zu widerstehen. Der Stern beginnt unter seinem eigenen Gewicht zu kollabieren – theoretisch so lange, bis seine gesamte Masse in einem einzigen Punkt, einer sogenannten Singularität, zusammengepresst ist.

Obwohl Schwarze Löcher von der Physik weithin akzeptiert werden, werfen sie tiefgreifende Fragen auf: Wie kann eine Masse von Milliarden Sonnen in einen unendlich kleinen Punkt gequetscht werden? Wie kann die Raumzeit an einer Singularität unendlich gekrümmt sein? An dieser extremen Grenze versagen die bekannten Gesetze der Physik. Wissenschaftler können nicht genau beschreiben, was unter solchen Bedingungen passiert. Schwarze Löcher verbergen zudem alles hinter ihrem Ereignishorizont – jeder Stoff, jede Strahlung und jede Information, die diese Grenze überschreitet, ist nicht mehr beobachtbar.

Wegen dieser ungelösten Probleme haben einige Forscher die Möglichkeit untersucht, dass zumindest einige Objekte, die als Schwarze Löcher identifiziert werden, etwas ganz anderes sein könnten. Ein vorgeschlagener Alternativkandidat ist ein ultrakompaktes Objekt namens Gravastar. Gravastars wären fast so dicht und massereich wie Schwarze Löcher und daher aufgrund ihrer intensiven Gravitation extrem schwer zu entdecken. Anders als Schwarze Löcher würden sie jedoch keine Singularität und keinen Ereignishorizont enthalten. Stattdessen wären sie unter ihren äußeren Schichten aus normaler Materie mit Dunkler Energie gefüllt. Diese mysteriöse Energieform erzeugt einen nach außen gerichteten Druck, der der Schwerkraft entgegenwirkt und einen vollständigen Kollaps verhindert.

Für viele Physiker sind Gravastars eine attraktive Alternative, weil sie einige der konzeptionellen Probleme Schwarzer Löcher vermeiden. Doch eine große Frage blieb jahrzehntelang unbeantwortet: Wie könnten Gravastars tatsächlich entstehen? Die theoretischen Physiker Daniel Jampolski und Professor Luciano Rezzolla von der Goethe-Universität Frankfurt haben nun eine Lösung vorgeschlagen. Sie beschreiben die erste dynamische Lösung von Albert Einsteins Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, die erklärt, wie ein kollabierender Stern einen Gravastar hervorbringen könnte.

Ihrer Arbeit zufolge könnte der Kollaps eines massereichen Sterns die Geburt eines Miniatur-Universums innerhalb der kollabierenden Materie auslösen. Dieses neu entstandene Universum wäre dem Urknall, der unser eigenes Universum hervorbrachte, nicht unähnlich. Wie in unserem Kosmos würde Dunkle Energie seine Expansion antreiben. Während sich das Mini-Universum ausdehnt, drückt es nach außen gegen den nach innen gerichteten Zug der Schwerkraft. Diese entgegenwirkende Kraft kann den Kollaps stoppen, bevor ein Schwarzes Loch entsteht. Das Ergebnis ist ein stabiles Gleichgewicht zwischen der kollabierenden Sternmaterie und dem expandierenden inneren Universum – ein Gravastar.

Daniel Jampolski, der die Lösung im Rahmen seiner Masterarbeit unter der Betreuung von Luciano Rezzolla entwickelte, erklärt: „Der Urknall des entstehenden Universums kann sich entfalten, sobald der Stern bereits fast bis zum Punkt der Entstehung eines Schwarzen Lochs kollabiert ist.“ Das Verhalten von Materie, die auf solche außergewöhnlichen Dichten komprimiert wird, ist noch immer kaum verstanden, was Raum für neue physikalische Phänomene lässt. Rezzolla betont, dass die Erforschung von Alternativen nicht bedeute, Schwarze Löcher abzulehnen: „Nach Alternativen zu Schwarzen Löchern zu suchen, sollte nicht als Skepsis gegenüber Schwarzen Löchern verstanden werden, die nach wie vor die natürlichste und einfachste Lösung für das Schicksal des Gravitationskollapses darstellen. Als Wissenschaftler ist es jedoch unerlässlich, eine unvoreingenommene Haltung gegenüber dem, was wir nicht wissen, zu bewahren und sowohl die akzeptierte Weisheit als auch die exotischeren Interpretationen zu erforschen. Die Geschichte lehrt uns, dass es nicht ungewöhnlich ist, dass letztere zu ersteren werden.“