Wie entstehen Schwarze Löcher?

Das erste Bild eines Schwarzen Lochs, aufgenommen im April 2019

Wie entstehen Schwarze Löcher?

Wenn Sie die Erde zu einer Kugel von der Größe einer Murmel zerquetschen könnten, würde sie zu einem schwarzen Loch. Was sind diese mysteriösen Wesen?

Schwarze Löcher sind eigentümliche Objekte mit vielen seltsamen Eigenschaften, aber die meisten Bücher und Artikel haben ihre exotischen Aspekte betont und ihre grundsätzlich einfache Natur verschleiert.

Wie entstehen Schwarze Löcher?

Astronomen glauben, dass einem Stern, wenn ihm der Treibstoff ausgebrannt ist, je nach Masse eines von nur drei Dingen passieren kann. Ein Stern mit weniger Masse als die Sonne kollabiert, bis er einen „Weißen Zwerg“ mit einem Radius von nur wenigen tausend Kilometern bildet. Wenn der Stern die ein- bis vierfache Masse der Sonne hat, kann er einen „Neutronenstern“ mit einem Radius von nur wenigen Kilometern erzeugen, der als „Pulsar“ erkannt werden könnte. Die relativ wenigen Sterne mit mehr als der vierfachen Sonnenmasse kommen nicht umhin, innerhalb ihrer Schwarzschildradien zu kollabieren und zu Schwarzen Löchern zu werden. Schwarze Löcher können also die Leichen massereicher Sterne sein.

Die meisten Astronomen glauben, dass Galaxien wie die Milchstraße aus einer großen Gaswolke entstanden sind, die kollabierte und in einzelne Sterne zerfiel. Wir sehen jetzt die Sterne im Zentrum oder Kern am dichtesten zusammengepackt. Es ist möglich, dass im Zentrum zu viel Materie vorhanden war, um einen gewöhnlichen Stern zu bilden, oder dass die Sterne, die sich bildeten, so nah beieinander lagen, dass sie zu einem schwarzen Loch verschmolzen. Es wird daher argumentiert, dass im Zentrum einiger Galaxien wirklich massereiche Schwarze Löcher existieren könnten, die hundert Millionen Sternen wie der Sonne entsprechen.

Erstes Bild eines Schwarzen Lochs

Im April 2019 machten Astronomen das erste Foto eines Schwarzen Lochs.

Das Bild wurde vom Event Horizon Telescope aufgenommen, einer Reihe von Radioteleskopen auf der ganzen Welt, die speziell für die Aufnahme eines Bildes eines Schwarzen Lochs entwickelt wurden. Dieses spezielle Schwarze Loch ist 500 Millionen Billionen Kilometer von der Erde entfernt.

Was ist ein Schwarzes Loch?

Wird ein Ball von der Erdoberfläche nach oben geworfen, erreicht er eine bestimmte Höhe und fällt dann zurück. Je härter es geworfen wird, desto höher geht es. Wenn es hart genug geworfen wurde, würde es schließlich die Atmosphäre verlassen und weitermachen. Aber wenn wir die Schwerkraft erhöhen, müsste sich das Objekt immer schneller bewegen, bevor es sich lösen könnte.

Wenn die Erde auf die Größe einer Kugel mit einem Radius von 9 mm komprimiert würde, würde ihre Schwerkraft ausreichen, um selbst ein Objekt, das sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, an der Flucht zu hindern. Bei der Sonne würde der sogenannte Schwarzschildradius knapp 3 km betragen.

Wenn selbst Lichtenergie nicht schnell genug ist, um zu entkommen (und nichts kann schneller wandern), können keine Signale jeglicher Art entweichen und das Objekt wäre 'schwarz'. Der einzige Hinweis auf die Anwesenheit eines solchen Objekts ist die Anziehungskraft seiner Schwerkraft. Außerhalb der Oberfläche ist dies genauso, als ob dort ein gewöhnlicher Gegenstand der gleichen Masse wäre. Das Vorhandensein der Schwerkraft bedeutet, dass Gegenstände hineinfallen können, und daher 'Loch'.

Ein Schwarzes Loch ist also ein Objekt, das so kompakt ist, dass die Fluchtgeschwindigkeit von seiner Oberfläche größer als die Lichtgeschwindigkeit ist.

Wie konnten wir ein Schwarzes Loch sehen?

Da Schwarze Löcher klein sind und keine Signale von ihnen ausgehen, scheint es eine unmögliche Aufgabe zu sein, sie zu finden. Die Schwerkraft bleibt jedoch bestehen. Wenn wir also die Schwerkraft dort erkennen, wo es keine sichtbare Lichtquelle gibt, kann ein Schwarzes Loch verantwortlich sein.

Diese Art von Argumentation allein ist nicht sehr überzeugend, und deshalb müssen wir nach anderen Hinweisen suchen. Wenn sich um ein Schwarzes Loch anderes Material befindet, das hineinfallen könnte, dann wird es das tun. Es besteht dann eine gute Chance, dass es beim Fallen ein nachweisbares Signal nicht vom Schwarzen Loch selbst, sondern von außerhalb davon erzeugt.

Anders sieht es aus, wenn sich im Zentrum einer Galaxie ein massereiches Schwarzes Loch befindet. Dort ist es möglich, dass ein Stern vom Schwarzen Loch verschluckt wird. Die Anziehungskraft auf einen solchen Stern wird so stark sein, dass er in seine Atome zerlegt und mit hoher Geschwindigkeit in alle Richtungen geschleudert wird. Einige der Fragmente werden in das Loch fallen und seine Masse erhöhen, während andere einen Ausbruch von Radiowellen, Licht und Röntgenstrahlen erzeugen könnten.

Dies ist genau das Verhalten, das in Galaxien des Typs 'Quasar' beobachtet wird und möglicherweise in milderer Weise im Zentrum unserer eigenen Milchstraße stattfindet.

Stunden in 6 Monaten

Astronomen des Royal Observatory waren Teil eines Teams, das herausfand, dass die Galaxie NGC 4151 etwa das 1000-Millionen-fache der Sonnenmasse enthält, konzentriert in einer Kernregion, deren Durchmesser nicht mehr als das 4000-fache der Entfernung zwischen Erde und Sonne beträgt. Die derzeit plausibelste Erklärung ist, dass sich der größte Teil dieser Masse in einem Schwarzen Loch im Zentrum befindet.

Stephen Hawking

Das meiste, was wir heute über Schwarze Löcher wissen, ist Stephen Hawking zu verdanken. Der renommierte Wissenschaftler nutzte die Relativitätstheorie von Albert Einstein, um eine solidere theoretische mathematische Grundlage für die Theorie der Schwarzen Löcher zu schaffen. Hawking starb am 14. März 2018, aber sein Einfluss auf die Wissenschaft und unser Verständnis von Schwarzen Löchern ist enorm.

Das Royal Observatory ist täglich ab 10 Uhr geöffnet

Tickets buchen