Rätsel des Universums

Urknall im Innern eines Sterns: Wie ein Gravastern entsteht

Der Kollaps eines Sterns am Ende seiner Entwicklung könnte statt zu einem Schwarzen Loch auch zu einem extrem kompakten Stern führen, einem sogenannten Gravastern, der von außen einem Schwarzen Loch ähnelt.

Von Markus Brauer

Sterne strahlen, weil in ihrem Innern Atome fusionieren und so Energie freigesetzt wird. Wenn ein sehr massereicher Stern seinen Fusionstreibstoff aufgebraucht hat, kann der Strahlungsdruck nicht genug Gegendruck zur Gravitation aufbringen. Der Stern kollabiert dann unter seiner eigenen Masse so lange, bis nur noch ein einziger Punkt übrigbleibt: die sogenannte Singularität.

Milliarden Sonnenmassen in einem winzigen Punkt: Wie geht das?

Während die Entstehung eines Schwarzen Lochs plausibel erscheint, bereitet das Schwarze Loch selber der Wissenschaft immer noch große Kopfschmerzen: Wie können zehn Milliarden Sonnenmassen in einem einzigen winzigen Punkt konzentriert sein? Wie kann die Raumzeit an diesem Punkt, der Singularität, ins Unendliche gekrümmt werden?

Die Gesetze der Physik versagen hier, es ist nicht mehr möglich vorherzusagen, was passiert. Noch dazu schirmen sich Schwarze Löcher von sämtlichen Erkenntnissen ab: Alles, selbst das Licht, verschwindet unwiderruflich hinter seinem Ereignishorizont.

Sterne mit dunkler Energie gefüllt

Daher könnte es sich bei Schwarzen Löchern womöglich um ganz andere Objekte handeln, um extrem kompakte Sterne etwa, die wir aufgrund ihrer starken Gravitation nicht sehen können und daher auch Gravasterne genannt werden.

Sie wären zusätzlich zur gewöhnlichen Materie in ihren äußeren Schichten noch mit dunkler Energie gefüllt, die nach außen drückt und damit die enorme Masse stabilisiert.

Die Physik täte sich leichter mit Gravasternen: Das Innenleben eines solchen Sterns könnte man sich leichter vorstellen als das eines Schwarzen Lochs. Denn dunkle Sterne besitzen weder eine Singularität noch einen Ereignishorizont, sind aber fast genauso massereich und kompakt wie Schwarze Löcher. Offen war allerdings bisher die Frage, wie solche dunklen Sterne entstehen könnten.

Kollabierender Stern wird zum Gravastern

Die beiden theoretischen Physiker Daniel Jampolski und Luciano Rezzolla haben jetzt zum ersten Mal eine dynamische Lösung der Feldgleichungen Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie vorgestellt und den Kollaps eines Sternes beschrieben, die einen solchen Gravastern entstehen lassen könnte.

In dessen Innerem könnte es als Folge des Kollapses einen Mini-Urknall innerhalb der kollabierenden Materie geben, aus dem ein neues Universum entsteht – ähnlich dem Urknall, aus dem unser Universum entstanden ist.

Genau wie das uns bekannte Universum dehnt es sich – ebenso wie dieses getrieben von dunkler Energie – aus. Auf diese Weise wirkt die Ausdehnung des neuen Universums den Gravitationskräften entgegen und stoppt den gravitativen Kollaps des Sterns, bevor ein Schwarzes Loch entstehen kann.

In diesem Prozess stellt sich ein Gleichgewicht zwischen dem expandierendem Mini-Universum und kollabierender Materie ein, das zu einem stabilen Gravastern führt.

Wie Gravasterne aus kollabierender Materie entstehen

Mit dieser Lösung der Allgemeinen Relativitätstheorie bieten die Frankfurter Physiker erstmalig eine Antwort auf die seit 25 Jahren von Wissenschaftlern diskutierte Frage, wie Gravasterne aus kollabierender gewöhnlicher Materie entstehen können.

Daniel Jampolski erklärt: „Der Urknall des entstehenden Universums kann sich erst dann entfalten, wenn der Stern schon nahezu zu einem Schwarzen Loch kollabiert ist“. Das ungeklärte Verhalten extrem komprimierter Materie lasse Spielraum für neue Physik. „Wir können uns leichter vorstellen, dass der Urknall erst ganz spät einsetzt, wenn die Materie schon stark zusammengepresst worden ist, und zu neuen Effekten führt.“

Unvoreingenommener Blick auf das Unbekannte

Luciano Rezzolla, Professor für theoretische Astrophysik an der Goethe-Universität, fügt hinzu: „Nach Alternativen zu Schwarzen Löchern zu suchen bedeutet nicht, an ihnen zu zweifeln. Sie gelten nach wie vor als die naheliegendste und eleganteste Erklärung für das Ende eines gravitativen Kollapses.“

Doch gerade in der Wissenschaft und erst recht in der theoretischen Physik sei ein unvoreingenommener Blick auf das Unbekannte unerlässlich. Etablierte Lehrmeinungen und unkonventionelle Ideen verdienten gleichermaßen Aufmerksamkeit. „Die Geschichte hat uns mehr als einmal gezeigt, dass aus unkonventionellen Ideen irgendwann etablierte Lehrmeinungen werden.“