Schwarzes Loch

Was ist ein Schwarzes Loch eigentlich?

Ein Schwarzes Loch ist ein astronomisches Objekt, welches sich durch seine extrem hohe Dichte auszeichnet. Diese Dichte in Verbindung mit der außerordentlich großen Masse sorgen für einzigartige physikalische Eigenschaften, welche in dieser Form nirgendwo anders vorkommen.

Keine Materie, die in ein Schwarzes Loch eingefallen ist kann dieses wieder verlassen. Dasselbe gilt für Licht und jede andere Art von Strahlung. Man mag meinen, dass Schwarze Löcher seltene Phänomene sind und die absolute Ausnahme darstellen.

Dem ist aber ganz und gar nicht so. Es wird vermutet, dass im Universum Millionen, wenn nicht gar Milliarden Schwarzer Löcher vorhanden sind. Sie befinden sich in Zentren von Galaxien und sind ein fester Bestandteil des Universums.

Genau in diesen Eigenschaften liegt der Grund dafür, dass sich so viele Astronomen, Physiker, Mathematiker und Hobbyforscher für diese bizarren Gebilde interessieren. Es kann doch nicht sein, dass ein vorhandenes Objekt quasi im Nichts verschwindet, wenn es in ein Schwarzes Loch eingesogen wird? Anscheinend doch! An diesem Punkt müssen wir einsehen, dass die Menschheit noch enorm viel zu entdecken hat.

Entstehung von Schwarzen Löchern - Die Masse macht's

Um zu erklären wie Schwarze Löcher entstehen muss man sich mit dem Aufbau und den Lebensstadien von Sternen befassen. Sterne sind Himmelskörper, welche aus heißem Gas und Plasma bestehen. Im Inneren von Sternen wird durch Fusion von Atomkernen (Wasserstoff, Helium, Kohlenstoff etc.) laufend Energie freigesetzt, welche einen Druck vom Inneren des Sterns nach außen hin bewirkt. Gleichzeitig wirkt von außen der Druck der Gravitation auf den Stern. Durch dieses Zusammenspiel und das daraus resultierende Kräftegleichgewicht wird der Stern stabilisiert und an Ort und Stelle gehalten.

Nun ist es aber so, dass im Inneren des Sterns nicht unendlich viel Brennmaterial vorhanden ist. Wenn nun also alle Atome der verfügbaren Elemente fusioniert wurden bleibt als letztes nur noch Eisen als verfügbares Element über. Eisen kann jedoch nicht zur Kernfusion verwendet werden und somit endet an diesem Punkt die Energiefreisetzung. In Folge dessen überwiegt der gravitative Druck, welcher von außen wirkt und presst die Masse des Sterns zusammen, so dass dieser in einer Supernova explodiert.

An diesem Punkt entscheidet sich nun ob ein Schwarzes Loch, oder alternativ, ein Neutronenstern entsteht. Denn um zu einem Schwarzen Loch zu werden muss der Stern über eine gewisse Masse verfügen. Diese Mindestmaße wird mit ca. 3,2 Sonnenmassen angegeben.

Es lässt sich also sagen, dass Schwarze Löcher die "Leichen" von Sternen sind, welche zu Lebzeiten eine ausreichend große Masse besaßen. Es muss dazu gesagt werden, dass dies keinesfalls der einzige Weg zur Entstehung eines Schwarzen Lochs ist. Es sind noch weitere Möglichkeiten denkbar, jedoch sind diese aktuell noch Gegenstand der Forschung.

Auswirkung eines Schwarzen Lochs auf sein Umfeld

Gemäß der allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein haben Objekte Auswirkung auf die Raumzeit in ihrer Umgebung. Je größer die Masse im Verhältnis zum Volumen ist, desto größer ist die Auswirkung auf die unmittelbare Umgebung. Da Schwarze Löcher mitunter enorm große Massen besitzen haben sie dementsprechend großen Einfluss auf ihr Umfeld.

Da ein Schwarzes Loch extrem viel Masse auf einem relativ kleinen Raum vereint führt dies dazu, dass die Raumzeit so stark gekrümmt wird, dass von einem Loch in eben dieser gesprochen wird (Daher auch Schwarzes "Loch"). Dieses Loch in der Raumzeit wird fachlich als Singularität bezeichnet. Eine Singularität in diesem Sinne ist ein Punkt den wir mit unseren mathematischen und physikalischen Möglichkeiten nicht beschreiben können. Aus diesem Grund können wir auch keine verlässlichen Aussagen darüber machen was im Inneren eines Schwarzen Lochs passiert, lediglich Vermutungen und Theorien können wir aufstellen. Eine Theorie besagt zum Beispiel, dass im Inneren eines Schwarzen Lochs die Zeit still steht.

Jedes Schwarze Loch wird von einem Ereignishorizont umgeben. Diesen kann man sich quasi als Grenze vorstellen, denn alles was jenseits des Ereignishorizonts geschieht ist für einen Beobachter diesseits des Horizonts nicht sichtbar. Jedes physikalische Objekt einschließlich des Lichts, welches diesen Horizont überquert wird durch die enorme Gravitation des Schwarzen Lochs erfasst und hineingezogen. Praktisch kann kein Objekt welches sich in diesem Bereich befindet sich wieder von der Gravitation lösen. Rein theoretisch ist es möglich, allerdings müsste dieses Objekt mindestens mit Lichtgeschwindigkeit der Anziehungskraft entgegenwirken.

Der Bereich zwischen dem Schwarzen Loch und dem Ereignishorizont wird als Schwarzschildradius bezeichnet und ist abhängig von der Masse des Schwarzen Lochs, von der elektrischen Ladung und ob es rotiert oder nicht.

Einteilung verschiedener Schwarzer Löcher

Schwarze Löcher lassen sich in verschiedene Kategorien einordnen. Diese Einteilung beruht auf der Entstehungsweise und der Masse des jeweiligen Schwarzen Lochs.

Supermassereiche Schwarze Löcher

In die Kategorie der supermassereichen Schwarzen Löcher werden alle derartigen Objekte eingeordnet welche über eine Masse von 10^5 bis 10^10 Sonnenmassen verfügen. Solche Objekte werden in Zentren von sämtlichen Galaxien vermutet. Es wird spekuliert, dass sie für die Stabilität der jeweiligen Galaxien von Bedeutung sind.

Mittelschwere Schwarze Löcher

In diese Kategorie fallen alle Schwarzen Löcher mit einer Gesamtmasse von einigen Hundert bis Tausend Sonnenmassen. Diese Art entsteht nach aktuellem Forschungsstand infolge von Sternkollisionen bei welchen sich die Massen zweier Sterne verbinden.

Stellare Schwarze Löcher

Diese Art von Schwarzen Löchern zeichnet sich dadurch aus, dass die Masse gerade ausreichend war um ein Schwarzes Loch zu bilden. Folglich hat diese Art eine Masse von nur wenigen Sonnenmassen bis hin zu einigen Dutzend Sonnenmassen.

Primordiale Schwarze Löcher

Die Existenz dieser Art von Schwarzen Löchern ist noch nicht eindeutig belegt. Stephen Hawking stellte Anfang der 70er Jahre die Vermutung auf, dass Schwarze Löcher existieren könnten welche sich bereits kurz nach dem Urknall gebildet haben. Zu dieser Zeit war die Dichte des Universums noch ausreichend hoch, so dass sich Schwarze Löcher bereits mit einem Bruchteil der Masse bilden konnten wie sie heute nötig wäre.

Schwarze Löcher | Interessante Fakten

Schwarze Löcher gehören mit Abstand zu den faszinierendsten und mysteriösesten Gebilden welche die Menschheit bisher im Universum entdeckt hat. Sie sind spätestens seit Einsteins Relativitätstheorie Gegenstand der Forschung und werden es auch noch lange sein. Immer fortschrittlichere Technologien erlauben es immer mehr über diese faszinierenden Gebilde zu erfahren.

Gerade Anfang dieses Jahres wurden erstmals Gravitationswellen nachgewiesen, welche durch die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher entstanden. Dies sind Wellen in der Raumzeit welche durch stark beschleunigte Massen ausgelöst werden. Bereits Albert Einstein hatte die Existenz solcher Wellen vorausgesagt. Der Nachweis dieser Wellen brachte drei Wissenschaftlern der sogenannten LIGO-Kollaboration im Oktober 2017 den Nobelpreis für Physik ein.

• Wenn man die Erde zu einem Schwarzen Loch formen wollen würde, müsste man sie auf eine Kugel mit 9mm Durchmesser zusammenpressen.
• Wenn man die Sonne in ein Schwarzes Loch verwandeln wollen würde, müsste man ihren Durchmesser von gewaltigen 1,4 Millionen Kilometern auf eine Kugel von 3 Kilometer Durchmesser verringern.
• Auch in der Mitte unserer Galaxie befindet sich ein Supermassereiches Schwarzes Loch. Es stellt für uns jedoch keine Bedrohung dar. Ganz im Gegenteil, es trägt dazu bei, dass unsere Galaxie ihre Form beibehält.
• Überschreitet ein Objekt den Ereignishorizont, so wird es durch die starke Raumkrümmung in die Länge gezogen und im wahrsten Sinne des Wortes zerrissen. Sogar einen Begriff für diesen Vorgang gibt es - Spaghettisierung. Dieser Begriff wurde 1988 von Stephen Hawking zuerst benutzt.
• Physikalische Berechnungen haben ergeben, dass Schwarze Löcher theoretisch Zugänge zu weiteren Universen darstellen könnten. Diese Theorie ist sehr abstrakt, jedoch gibt es viele Forscher die an eine solche Theorie glauben (Siehe String-Theorie bzw. M-Theorie ).