Ein Schwarzes Loch in einer Illustration. 
Foto: dpa

StockholmZwei Überraschungen enthält der Nobelpreis für Physik in diesem Jahr: Die erste: Nach 13 Jahren erhält den Preis wieder ein Deutscher. Es ist der aus Hessen stammende Astrophysiker Reinhard Genzel. Die zweite Überraschung: Zum vierten Mal in der fast 120-jährigen Geschichte des Physik-Nobelpreises erhält den Preis eine Frau: die amerikanische Astronomin Andrea Ghez. Die beiden teilen sich eine Hälfte des Preises „für die Entdeckung eines supermassiven kompakten Objekts im Zentrum unserer Galaxie“, wie die Nobelpreis-Juroren in Stockholm am Dienstagmittag verkündeten.

Die andere Hälfte des Preises, der in diesem Jahr mit zehn Millionen schwedischen Kronen (rund 950.000 Euro) dotiert ist, geht an den britischen Physiker und Kosmologen Roger Penrose. Hier ist es eher erstaunlich, dass die Nobeljuroren mehr als ein halbes Jahrhundert warteten, bevor sie dessen Leistung würdigten, zu zeigen, „dass die Bildung von Schwarzen Löchern eine robuste Vorhersage der allgemeinen Relativitätstheorie ist“, wie es in der Mitteilung heißt.

AP
Die Preisträger

Roger Penrose, 89, ist Mathematiker und theoretischer Physiker. Er wurde im britischen Colchester geboren und studierte unter anderem an der Cambridge University. Er forschte an diversen Universitäten. Er ist in zweiter Ehe verheiratet und hat fünf Kinder.

Reinhard Genzel, 68, stammt aus Bad Homburg. Er studierte Physik in Freiburg und Bonn, war in den USA tätig und ist seit 1986 Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching. Genzel ist mit einer Ärztin verheiratet und hat zwei Töchter.

Andrea Ghez, 55, stammt aus New York City und ist seit 2000 Professorin für Astronomie an der University of California in Los Angeles. Sie studierte unter anderem am MIT in Boston und ist mit einem Geologen verheiratet.

Zum dritten Mal innerhalb von vier Jahren stehen Erkenntnisse über das Weltall im Mittelpunkt des Physik-Nobelpreises. 2017 war es der erste Nachweis von Gravitationswellen, 2019 die Entdeckung des ersten Exoplaneten, und jetzt sind es die Schwarzen Löcher. Wobei die für den Nobelpreis Ausgewählten wieder einmal für unzählige Wissenschaftler stehen, die nicht geehrt werden, obwohl sie ebenfalls bahnbrechende Leistungen auf dem Gebiet erbrachten. Dazu gehören auch jene Astronomen, die 2019 die allerersten direkten Bilder eines Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie präsentierten, entstanden aus Aufnahmen des Event Horizon Telescopes. Sie haben nun keine Chance mehr auf einen Nobelpreis.

Grafik: BLZ/Galanty; Quelle: nobelprize.org

Der Mathematiker und theoretische Physiker Roger Penrose, der eine Hälfte des diesjährigen Physiknobelpreises erhält, ist einer der Vorreiter der Theorie der Schwarzen Löcher – wie auch der 2018 verstorbene Astrophysiker Stephen Hawking. Beide haben in den 1960er-Jahren zum ersten Mal bewiesen, dass es im Universum sogenannte Singularitäten gibt. Das sind Orte, an denen die bekannten Naturgesetze nicht gelten, weil die Gravitation dort so stark ist, dass sich die Raumzeit „unendlich“ krümmt, sodass nicht einmal Licht mehr entkommt. Ein Beispiel dafür sind die Schwarzen Löcher, mit denen sich Penrose befasste. Dieser arbeitete an verschiedenen britischen und amerikanischen Universitäten, unter anderem in Cambridge, Oxford, Princeton und am Birkbeck College in London.

„Roger Penrose verwendete geniale mathematische Methoden, um zu beweisen, dass Schwarze Löcher eine direkte Folge von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie sind“, heißt es in der Nobelpreis-Laudatio der Royal Swedish Academy of Sciences. „Einstein selbst glaubte nicht, dass es tatsächlich Schwarze Löcher gibt, diese superschweren Monster, die alles einfangen, was in sie eindringt.“ Penrose aber habe 1965 – zehn Jahre nach Einsteins Tod – in einem Artikel gezeigt, dass sich tatsächlich Schwarze Löcher bilden können, und sie ausführlich beschrieben. „Sein bahnbrechender Artikel gilt nach wie vor als der wichtigste Beitrag zur allgemeinen Relativitätstheorie seit Einstein“, lautet das Urteil.

Grafik: BLZ/Galanty; Quelle: nobelprize.org

Inzwischen wurde die Existenz von Schwarzen Löchern mehrfach nachgewiesen. Sie entstehen zum Beispiel, wenn riesige Sterne ausbrennen und sterben. Während die Hülle in einer Supernova abgestoßen wird, fällt der Kern zu einem kompakten Körper zusammen. Die Masse unserer Sonne hätte zum Beispiel nur etwa einen Durchmesser von sechs Kilometern. Allerdings ist die Sonne zu klein, um sich irgendwann einmal in ein Schwarzes Loch zu verwandeln. Laut Penrose sind sogenannte Singularitäten wie Schwarze Löcher immer durch Ereignishorizonte abgeschirmt. Das heißt: Man kann nicht in ein Schwarzes Loch hineinblicken. Und nichts gelangt von dort nach außen. Aber ein Schwarzes Loch zieht Massen aus der Umgebung an und „frisst“ sie.

Die beiden anderen diesjährigen Physik-Nobelpreisträger – der Deutsche Reinhard Genzel und die Amerikanerin Andrea Ghez – trugen entscheidend zu der Erkenntnis bei, dass sich auch im Zentrum unserer Milchstraße ein sogenanntes supermassives Schwarzes Loch befindet. Es umfasst etwa 4,3 Millionen Sonnenmassen. „Mit den größten Teleskopen der Welt entwickelten Genzel und Ghez Methoden, um durch die riesigen Wolken aus interstellarem Gas und Staub zum Zentrum der Milchstraße zu sehen“, heißt es in der Nobelpreis-Laudatio. Genzel entwickelte dafür maßgeblich die Infrarotastronomie weiter. Über viele Jahre beobachtete er mit seinem Team zunächst am La-Silla-Observatorium und dann am Very Large Telescope eine Region im Zentrum unserer Galaxis, die Sagittarius A* genannt wird.

Röntgenbild von Sagittarius A* im Zentrum unserer Milchstraße und zwei Lichtechos (markiert) einer früheren Explosion.
Bild: Nasa/Wikopedia

Die Forscher kartierten die Umlaufbahnen der hellsten Sterne, die dem Zentrum am nächsten liegen. Dasselbe taten Astronomen um Andrea Ghez, geboren 1965 in New York City, am Keck-Observatorium auf dem Gipfel des Mauna Kea auf Hawaii. „Die Messungen dieser beiden Gruppen stimmen überein“, schreiben die Nobel-Juroren. Sie fanden ein extrem schweres unsichtbares Objekt, das die Sterne „mit schwindelerregender Geschwindigkeit herumstürmen“ lasse. Der Grund: In einer Region, die nicht größer sei als unser Sonnensystem, seien etwa vier Millionen Sonnenmassen konzentriert. Um dies nachzuweisen, war eine Arbeit von mehr als einem Vierteljahrhundert nötig.

Ich hoffe, ich kann junge Frauen für das Fachgebiet inspirieren.

Andrea Ghez, US-Astronomin und Nobelpreisträgerin

Unter bisher insgesamt 215 Physik-Nobelpreisträgern folgt die US-Astronomin Andrea Ghez den drei Frauen Marie Curie (1903), Maria Goeppert-Mayer (1963) und Donna Strickland (2018). Der Nobelpreis für Physik hat damit den geringsten Frauenanteil aller Nobelpreise. Sogar die bedeutende Kernphysikerin Lise Meitner hat nie den Nobelpreis erhalten, obwohl sie mindestens 28-mal für ihn nominiert wurde. Beim traditionellen Anruf zur Verkündung des Nobelpreises sagte die zugeschaltete Astronomin Andrea Ghez:„Ich hoffe, ich kann junge Frauen für das Fachgebiet inspirieren.“ Es gebe noch so viel mehr zu erforschen als Schwarze Löcher.

Die Frage nach dem Nutzen der Entdeckung von Schwarzen Löchern für die Menschheit kam am Tag der Nobelpreisverkündung ebenfalls auf. Die Erklärung für die Existenz Schwarzer Löcher und das Funktionieren unserer GPS-Systeme beruhten beide auf der Relativitätstheorie von Einstein, sagte der Experte Ariel Goobar von der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften. Die Menschheit nutze diese Theorie jeden Tag, „da wir ohne die von ihr bereitgestellten Korrekturen nicht navigieren könnten“.

Schwarze Löcher seien in der Hinsicht extrem, dass sich die Zeit stark verlangsame, wenn man sich einem von ihnen nähere, sagte Ariel Goobar. Es sei gleichzeitig wahr, dass die Zeit auf der Erdoberfläche nicht genauso schnell vergehe wie bei den Satelliten. Damit das GPS-Timing für die Telefone also tatsächlich einen Sinn ergebe, müsse man die Relativitätstheorie von Einstein benutzen. Einmal die Spezielle und einmal die Allgemeine, die erkläre, warum Uhren anders tickten – je nachdem, wie stark die Anziehung sei, die eine Uhr erfahre. (mit dpa)