Professor schlägt vor, dass ein schwarzes Loch in der Umlaufbahn eines Planeten ein Zeichen für eine fortgeschrittene Zivilisation sein könnte

1971 schlug der englische Mathematiker und Nobelpreisträger Roger Penrose vor, wie man aus einem rotierenden Schwarzen Loch Energie gewinnen könnte. Er argumentierte, dass dies durch den Bau eines Gurtes um die Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs möglich sei, in dem einfallende Materie auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird, was die Freisetzung von Energie in mehreren Wellenlängen auslöst.

Seitdem haben zahlreiche Forscher die Vermutung geäußert, dass hochentwickelte Zivilisationen diese Methode (das Penrose-Verfahren) zur Energieerzeugung nutzen könnten und dass dies eine Technosignatur darstelle, nach der wir Ausschau halten sollten.

Beispiele hierfür sind die Transzendenzhypothese von John M. Smart, ein Lösungsvorschlag für das Fermi-Paradoxon. Er postulierte darin, dass hochentwickelte Intelligenzen in die Region um Schwarze Löcher wandern könnten, um dort die dort verfügbare Energie zu nutzen.

Der neueste Vorschlag stammt von Harvard-Professor Avi Loeb, der in einem kürzlich erschienenen Artikel vorschlug, wie hoch entwickelte Zivilisationen sich auf einen „Schwarzlochmond“ verlassen könnten, um ihren Heimatplaneten auf unbestimmte Zeit mit Energie zu versorgen. Die Art und Weise, wie dieses Schwarze Loch den Planeten, den es umkreist, erhellt, könnte seiner Ansicht nach eine potenzielle Technosignatur für zukünftige SETI-Untersuchungen darstellen.

Professor Loeb ist der Frank B. Baird Jr. Professor of Science an der Harvard University, Direktor des Institute for Theory and Computation am Harvard-Smithsonian Center of Astrophysics (CfA), Gründungsdirektor der Black Hole Initiative (BHI) und Leiter des Galileo-Projekts.

Sein jüngster Aufsatz „Illumination of a Planet by a Black Hole Moon as a Technological Signature“ (Beleuchtung eines Planeten durch einen schwarzen Mond als technologische Signatur) wurde kürzlich veröffentlicht im Forschungsnotizen der AAS.

1975 stellte Stephen Hawking die Theorie auf, dass Schwarze Löcher Photonen, Neutrinos und einige größere Teilchen aussenden – die sogenannte „Hawking-Strahlung“. Seitdem lassen sich Vorschläge, Schwarze Löcher als Energiequelle zu nutzen, im Allgemeinen in eines von zwei Lagern einteilen.

Einerseits besteht die Möglichkeit, den Drehimpuls ihrer Akkretionsscheiben zu nutzen (der „Penrose-Prozess“) oder die von ihren Hypergeschwindigkeitsstrahlen erzeugte Wärme und Energie einzufangen (möglicherweise in Form einer Dyson-Sphäre). Andererseits besteht die Möglichkeit, Materie in das Schwarze Loch zu leiten und die daraus resultierende Hawking-Strahlung zu nutzen.

In seinem Aufsatz schlägt Loeb vor, wie eine hoch entwickelte Zivilisation sich den letztgenannten Prozess zunutze machen könnte, indem sie ein schwarzes Loch konstruiert, das ihren Heimatplaneten umkreist. Dieses schwarze Loch wäre sehr klein und würde nur einhunderttausend Tonnen (1011 g) wiegen.

Wenn man nichts dagegen unternimmt, würde dieses Schwarze Loch durch die Emission von Hawking-Strahlung in nur anderthalb Jahren verdunsten. Doch wie Loeb Universe Today per E-Mail mitteilte, könnte es erhalten bleiben, indem man pro Sekunde relativ kleine Mengen Materie (2,2 kg; 4,85 Pfund) darauf anhäuft. Im Gegenzug würde es eine endlose Energieversorgung liefern:

„Dieses System schwarzer Löcher ist der effizienteste Motor, den ich je in Betracht gezogen habe. Der Treibstoff wird mit der perfekten Effizienz von 100 % in Energie umgewandelt, da die Masse, die in das schwarze Loch fällt, letztendlich als Hawking-Strahlung wieder austritt. Ich habe diese Idee noch nie zuvor diskutiert gesehen und hatte einen „Heureka-Moment“, als ich sie vor ein paar Wochen erkannte. Die einzige andere Methode, Masse mit 100 % Effizienz in Strahlung umzuwandeln, ist die Materie-Antimaterie-Vernichtung.“

Wie Loeb andeutet, übersteigt die erforderliche Menge an Antimaterie alles, was die Menschheit gegenwärtig erreichen kann. Seit 1995 ist es den Teilchenbeschleunigern am CERN gelungen, weniger als 10 Nanogramm Antimaterie zu erzeugen, was ausreicht, um eine 60-Watt-Glühbirne vier Stunden lang mit Strom zu versorgen. Zum Vergleich: Loebs vorgeschlagenes 1011 g großes Schwarzes Loch könnte kontinuierlich 40 Billiarden (4015) Watt liefern.

„Der globale Energieverbrauch beträgt nur wenige Terrawatt, also zehntausendmal weniger als die Energieversorgung dieses Schwarzen Lochs“, fügte Loeb hinzu. „Ein weiterer Vorteil dieses Schwarzen-Loch-Motors ist, dass er jede Form von Materie als Brennstoff verwenden kann. Es könnte auch Müll sein. Es gibt keinen besseren Weg, Müll zu recyceln, als ihn mit 100-prozentiger Effizienz in saubere Energie umzuwandeln.“

Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Schwarzes Loch jede Form von Materie als Brennstoff nutzen kann, auch den Abfall, den die Zivilisation produziert. In dieser Hinsicht würde ein Schwarzlochmotor die Müllprobleme einer hochentwickelten Zivilisation lösen und im Gegenzug eine unerschöpfliche Energieversorgung liefern.

Weltweit produziert die Menschheit jährlich etwa 1,92 Milliarden Tonnen (2,12 US-Tonnen) Abfall, was schwerwiegende Auswirkungen auf unsere Umwelt hat. Dies würde ausreichen, um einen 1011 g schweren Schwarzlochmotor mehr als 437 Millionen Jahre lang zu versorgen.

Zur Frage, wie eine solche Leistung erreicht werden könnte, verweist Loeb auf einen früheren Meinungsartikel, in dem er die Theorie aufstellte, dass eine ausreichend fortgeschrittene Zivilisation durch Quantentunneln ein „Babyuniversum“ erschaffen könnte. Während eine solche Leistung nur von einer Zivilisation des Typs III (oder höher entwickelt) erreicht werden könnte, wäre ein Schwarzlochmotor viel einfacher und vielleicht etwas, das eine Zivilisation des Typs II konstruieren könnte.

„Das ist die große Herausforderung. Die gute Nachricht ist, dass es viel einfacher ist, ein solches Schwarzes Loch zu erzeugen als ein Baby-Universum. Aber jede Produktionslinie eines 1011 g schweren Schwarzen Lochs erfordert die Komprimierung von Materie oder Strahlung auf eine Massendichte, die 60 Größenordnungen über der Dichte von festem Eisen liegt. Die Dichte von Atomkernen oder Neutronensternen liegt nur 15 Größenordnungen über der Dichte von festem Eisen. Dies war in der kosmischen Strahlungsdichte weniger als eine Femtosekunde nach dem Urknall möglich.“

Dies war das Thema von ein weiterer kürzlich verfasster Aufsatz von Loeb, in dem er argumentierte, dass schwarze Löcher auf Grundlage der Allgemeinen Relativitätstheorie aus Licht entstehen können. Das Interessanteste an diesem vorgeschlagenen Schwarzlochmotor ist jedoch, dass er Lichtjahre entfernt erkennbar wäre, was ihn zu einer brauchbaren Technosignatur macht, die auf die Existenz einer fortgeschrittenen Zivilisation hinweisen würde.

Wie viele vorgeschlagene Technosignaturen, insbesondere Dyson-Sphären und andere Megastrukturen, ist die Existenz eines Schwarzlochmotors spekulativ und theoretisch. Aber wie Freeman Dyson selbst einmal sagte, was auch immer wir uns vorstellen können (und wenn die Physik stimmt), könnte bereits eine ausreichend fortgeschrittene Zivilisation entstanden sein. Loeb sagte:

„Der Motor des Schwarzen Lochs könnte als ein felsiger Einzelplanet entdeckt werden, der von einem Gammastrahlenmond beleuchtet wird und keinen Begleiter mit Sternmasse hat. Sollten wir jemals Beweise für einen solchen Motor finden, müssten wir die Möglichkeit in Betracht ziehen, dass die Quelle als primordiales Schwarzes Loch von einer hochentwickelten technologischen Zivilisation geschaffen oder gefangen wurde. Es gibt keinen besseren Indikator für technologische Innovation als die Schaffung eines Schmelzofens aus der Raumzeitkrümmung in Form eines Mini-Schwarzen Lochs.“