Künstliches Schwarzes Loch im Labor hergestellt

Ein Schwarzes Loch aus Plastik, das Licht wie wirkliche Schwarze Löcher einfängt, haben Forscher der Nanjing University im Labor hergestellt. Anders als ein wirkliches Schwarzes Loch ist dieses jedoch nicht gefährlich. Es soll dabei helfen, eines der größten wissenschaftlichen Rätsel zu lösen und könnte sogar Auswirkungen auf die Gewinnung von Energie wie zum Beispiel in Solarzellen haben.

Brechungsindex entscheidend

Schwarze Löcher sind am bekanntesten dafür, dass sie Licht oder alles andere, das ihren Weg kreuzt, einfach schlucken. Dieses Schicksal ereilt jedoch nur Objekte, die nach dem sogenannten Ereignishorizont aufgesaugt werden. Weniger bekannt ist die Photonensphäre, ein Bereich außerhalb des Horizonts, der das Licht nur in gekrümmten Bahnen einfängt.

Die Wissenschaftler haben noch nie eine Photonensphäre beobachten können, da das eingefangene Licht nicht entfliehen und es daher auch nicht unsere Augen erreichen und für uns sichtbar werden kann. Das Team um Hui Liu hat jetzt ein künstliches Schwarzes Loch gebaut. In der Natur schlucken Schwarze Löcher Licht und halten es mit ihrer immensen Anziehungskraft gefangen.

Das im Labor herzustellen wäre schwierig und sehr gefährlich. Die Wissenschaftler verwendeten ein Stück Plastik und ahmten die Anziehungskraft durch die Veränderung seines Brechungsindexes nach, also jener Eigenschaft, die bestimmt, wie sehr eine Substanz das Licht krümmt. Der Brechungsindex ist bei unterschiedlichen Materialien verschieden. Daher erscheint auch ein Strohhalm, der aus einem Glas Wasser ragt, gekrümmt. Das Wasser krümmt das Licht mehr als die Luft und verfügt so über einen höheren Brechungsindex.

Einsteinsche Feldgleichungen angewandt

Ein Material mit einem sich ständig verändernden Brechungsindex würde zu einem Extrem führen. Zahlreiche kleine Krümmungen lassen eine flache Kurve entstehen, ähnlich der Photonensphäre eines Schwarzen Loches. Die Forscher fügten Quantenpunkte – kleine Stücke aus Halbleitermaterial, das fluoresziert, wenn es angestrahlt wird – zu geschmolzenem Acrylglas hinzu. In einem nächsten Schritt wurde diese Mixtur geschüttelt und auf eine rotierende Quarzscheibe aufgebracht, wo sie sich langsam ausbreitete.

Im Mittelpunkt platzierten die Experten eine mikroskopische Kugel aus Polystyrol, die als eine Art Anker diente. Das Material war in der Nähe der Sphäre am dicksten und dünnte sich dann mit zunehmendem Abstand aus. Laut Liu verändert sich damit der Brechnungsindex so wie bei Schwarzen Löchern.

Tatsächlich könnten die gleichen Einsteinschen Feldgleichungen wie bei den Schwarzen Löchern eingesetzt werden, um das Verhalten des Lichts auf dem Plastik zu beschreiben. Schickt man einen Laserstrahl durch das Material, kann das künstliche Schwarze Loch in Aktion beobachtet werden.

Die Forschungsergebnisse wurden in Nature Photonics http://nature.com/nphoton veröffentlicht.