Was passiert, wenn Sie in ein Schwarzes Loch fallen?

Ein computersimuliertes Bild zeigt ein supermassereiches Schwarzes Loch

Schwarze Löcher wirken wie ein Science-Fiction-Stoff, aber die Realität ist noch eigenartiger

Erfahren Sie mehr über Schwarze Löcher

Ein Schwarzes Loch ist ein Bereich der Raumzeit, der durch die Schwerkraft so gekrümmt ist, dass selbst Licht ihm nicht entkommen kann.

In seinem neuen Buch Schwarze Löcher , Der Astronom Dr. Ed Bloomer erklärt in einfachen Worten, wie Schwarze Löcher entstehen, was in ihnen steckt - und was passieren würde, wenn Sie jemals das Pech hätten, in eines zu fallen.



In diesem speziellen Auszug beschreibt Ed den merkwürdigen Prozess der 'Spaghettifizierung'...

Das Buchcover zu Black Holes von Dr. Ed Bloomer, Teil der Illuminates-Reihe des Royal Observatory Greenwich

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In ein schwarzes Loch fallen

Eine der häufigsten Fragen, die Astronomen gestellt werden, lautet: Was passiert, wenn ich in ein Schwarzes Loch falle?

Warum können wir nicht zurück zum Mond?

Warum dies für so viele Menschen aufrichtig zu sein scheint, würde den Rahmen dieses Artikels sprengen, aber es ernsthaft zu betrachten, ist eine ziemlich gute Möglichkeit, die genaue Funktionsweise von Schwarzen Löchern zu verstehen.

Nehmen wir an, Sie haben die Galaxie erforscht und sind einem Schwarzen Loch etwas zu nahe gekommen, ohne es zu merken.

Ich, wesentlich vernünftiger, bin ziemlich weit weg auf einer weit entfernten Raumstation geblieben, aber ich bin bereit zu helfen, wenn ich kann! Und da ich sowohl großzügig als auch vernünftig bin, habe ich Ihnen ein erstaunliches Raumschiff geschenkt, das fast alles kann. Die Frage ist, wird schon fast reichen?

In unserer Situation bedeutet „zu nah“, dass Sie sich nicht in eine stabile Umlaufbahn bringen können, sodass Sie Energie aufwenden müssen, um eine Umlaufbahn aufrechtzuerhalten. Du hast die überschritten innerste stabile Kreisbahn , oder ISCO. Kein Problem, Ihr Raumschiff verfügt über leistungsstarke und effiziente Motoren.

Bild Ein Vater und ein Sohn spielen auf der Prime Meridian Line außerhalb des historischen Flamsteed House Gebäudes des Royal Observatory

Leider driften auch andere Dinge in Richtung des Schwarzen Lochs. Gasmoleküle, ein bisschen Staub, vielleicht ein paar andere Unglückliche ohne ein so gutes Raumschiff wie Ihres. Sie haben festgestellt, dass Sie einen Teil der Akkretionsscheibe von einfallendem Material, und das ist nicht ganz so kollegial, wie es klingt.

Obwohl dieses Material nicht Teil des Schwarzen Lochs selbst ist, erwärmt es sich durch Reibung und erzeugt elektromagnetische Strahlung und fällt weiter nach innen.

Die Wellenlänge und Intensität der Strahlung hängt von der Masse dessen ab, in das Sie sich hineindrehen – die Akkretionsscheiben von Protosternen strahlen beispielsweise im Infraroten, was vielleicht nicht so schlimm ist, da diese Emission recht energiearm ist. Aber im Fall von Schwarzen Löchern reichen die Schwerkraft und Reibung aus, um Sie mit hochenergetischen Röntgen- oder Gammastrahlen zu sprengen. Es tut uns leid!

Konzept des Künstlers mit freundlicher Genehmigung von NASA/JPL-Caltech

Da die Scheibe flach ist und sich um den Äquator des Schwarzen Lochs bewegt, könnten Sie versuchen, sich „über“ oder „unter“ der Scheibe zu bewegen, aber Sie werden wieder in die Ausrichtung gezogen. Sie haben noch nicht einmal das seltsame Zeug erreicht – dies ist eine ziemlich konventionelle Mechanik – obwohl Sie vielleicht bereits erkennen, dass Sie in Schwierigkeiten sind.

Es ist wahrscheinlich an der Zeit, Hilfe zu signalisieren, also senden Sie ein Funksignal an die entfernte Raumstation, von der aus ich die Dinge so gut wie möglich beobachten kann. Was kann ich realistischerweise tun?

Wenn Sie sich dem Schwarzen Loch nähern, werden die Signale, die Sie senden, verstärkt. Gravitationsrotverschiebung wenn die Photonen aus der Gravitationsquelle steigen. Die Raumstation empfängt buchstäblich andere Wellenlängen, als Sie senden, aber während ich damit beschäftigt bin, die Empfänger neu abzustimmen, machen Sie sich immer mehr Sorgen über die Gezeitenkräfte, die auf das Raumschiff wirken.

Der Gravitationsgradient wird immer steiler, wenn Sie sich dem Schwarzen Loch nähern, sodass der Unterschied zwischen der Anziehungskraft auf die Teile des Raumfahrzeugs näher am Schwarzen Loch und auf die weiter entfernten Teile wächst.

Sie beginnen sich zu dehnen und widerstehen dieser Dehnung durch die Stärke des Materials, aus dem Ihr Raumfahrzeug besteht. Aber in Extremsituationen ziehen Sie die Gezeitenkräfte auseinander, ein Vorgang, der als . bekannt ist Spaghettifizierung .

Bild

Was ist Spaghettifizierung?

Spaghettifizierung ist in der Astrophysik der Gezeiteneffekt, der durch starke Gravitationsfelder verursacht wird. Beim Fallen auf ein Schwarzes Loch beispielsweise wird ein Objekt in Richtung des Schwarzen Lochs gestreckt (und beim Fallen senkrecht dazu gestaucht). Tatsächlich kann das Objekt in eine lange, dünne Version seiner unverzerrten Form verzerrt werden, als ob es wie Spaghetti gedehnt würde.

Die gekrümmte Linie im Diagramm stellt einen Ausschnitt der Oberfläche des Schwarzen Lochs dar. In der linken Zeichnung stimmen Höhe und Breite des Astronauten wie erwartet überein. Wenn sie sich dem Zentrum des Schwarzen Lochs nähern, erfahren sie horizontal eine leichte Kompression und vertikal eine Dehnung. Im rechten Bild sind sie noch näher und die Kompression und Dehnung ihrer Form sind noch dramatischer.

Spaghettifizierung ist nicht unvermeidlich. Schwarze Löcher unterschiedlicher Masse haben unterschiedliche Gradienten, so dass es bei supermassereichen Schwarzen Löchern durchaus möglich ist, den Ereignishorizont ohne negative Auswirkungen zu passieren. Auch dies bedeutet nicht, dass die Anziehungskraft nicht stark ist, sondern nur, dass der Gradient nicht zu extrem ist. Nehmen wir an, dies ist der Fall.

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Leider scheint auch anderes Zeug in unser Schwarzes Loch zu fallen.

Obwohl ein bisschen Gesellschaft willkommen erscheinen mag, wirbeln einfallende Partikel in einer turbulenten Strömung in das Schwarze Loch hinein und reiben aneinander. Wie wir gesehen haben, emittiert die gebildete Akkretionsscheibe aufgrund dieser Reibung Strahlung und Teilchen werden aufgrund der immensen Anziehungskraft auf erhebliche Bruchteile der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt.

Das Ergebnis ist hochenergetische Strahlung, darunter auch starke Röntgenstrahlen. Das Schwarze Loch kann sogar eng fokussierte astrophysikalische Jets ionisierter Materie erzeugen (ausreichend stark und mit Geschwindigkeiten, die hoch genug sind, um als relativistische Jets bezeichnet zu werden).

Strahlstrahlen können sich über Millionen von Lichtjahren erstrecken, also hätten wir sie hoffentlich schon früher bemerkt. Es sind auch komplizierte Dinge mit unbeantworteten Fragen, daher werden wir nicht zu viel darauf eingehen. Bezeichnenderweise fluchten sie mit der Rotationsachse, während wir uns in der Akkretionsscheibe fast senkrecht dazu nähern. Sie haben genug zu befürchten, also nehmen wir an, die Jets sind kein Problem.

Nehmen wir an, Sie fallen in ein ansonsten völlig ruhiges Schwarzes Loch und es gibt keine Jets oder eine Akkretionsscheibe. Jetzt beginnt der wahre Spaß.

(Übrigens bin ich glücklich genug, all diese Annahmen zu treffen, aber es ist erwähnenswert, wie viele wir machen, nur damit uns die „gewöhnliche“ Mechanik eines Schwarzen Lochs nicht zerstört!)

Die Schwerkraft des Schwarzen Lochs verzerrt die Raumzeit selbst. In unserem Fall interessieren wir uns für einen Prozess namens Zeitdilatation , ein weiterer relativistischer Effekt. Es ist ein besonders kompliziertes Thema, daher werden wir es hier mit einer leichten Berührung behandeln. Aber auch wenn wir seine Auswirkungen beschreiben wollen, müssen wir mit unserem Standpunkt vorsichtig sein. Für Beobachter in unterschiedlichen Positionen sieht die Sache ganz anders aus.

Nehmen wir an, ich bin immer noch in der entfernten Raumstation, die Sie um Hilfe gebeten haben. Zeitdilatation bedeutet, dass Sie aus meiner Sicht tatsächlich langsamer werden, wenn Sie in das Schwarze Loch fallen. Für mich vergeht die Zeit buchstäblich langsamer als für mich.

Nach meinen Berechnungen wird Ihre Zeitreise zum Stillstand kommen, wenn Sie sich dem Ereignishorizont nähern.

Denken Sie daran, es wird immer schwieriger, Sie überhaupt zu erkennen, da Ihre Funksignale und alle anderen Photonen, die Sie aussenden, auf immer längere Wellenlängen ausgedehnt werden. Sie erleben, dass die Zeit normal vergeht.

Warte, ist nicht Zeit… Zeit? Wie können wir es so anders erleben?

Nun, die Zeit selbst fließt unterschiedlich schnell, je nachdem, was passiert. Das sind keine Redewendungen: Gegenstände ziehen ein Freizeit mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (nicht nur in den normalen drei Dimensionen, die mit ihrer Geschwindigkeit verbunden sind, wie wir sie normalerweise verstehen, sondern auch in der Zeit). Wir bemerken die Auswirkungen wirklich aufgrund der extremen Situation, die wir entwickelt haben, aber diese Verzerrungen treten mehr oder weniger überall auf, wo Sie sich befinden.

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Wenn alles andere in Ordnung wäre, würden Sie einfach den Ereignishorizont passieren und weiter in Richtung Singularität gehen. Natürlich leisten die Worte „fein“ und „einfach“ hier viel Arbeit!

Was passiert währenddessen „außerhalb“ des Schwarzen Lochs? Nun, leider musste ich aufgeben, dich erreichen zu können oder sogar ein Signal von dir zu bekommen. Sie haben den Punkt ohne Wiederkehr überschritten.

Aus deiner Sicht gibt es kein 'Außen' mehr zu erreichen, da dich jede Richtung zum Zentrum des Schwarzen Lochs führt. Aus meiner Sicht und in jeder Hinsicht hast du aufgehört zu existieren.

Deshalb sind Schwarze Löcher nur... das Ende, sowohl in Raum als auch in Zeit.

Tatsächlich spielen Dinge, die den Ereignishorizont überschreiten, im Universum keine Rolle mehr. Sie können niemandem signalisieren und umgekehrt. Und wenn wir Signal sagen, meinen wir nicht, eine kohärente Botschaft zu senden. Wir meinen ganz einfach die Übermittlung jeglicher Informationen.

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Stellen Sie sich vor, Sie sitzen als Astronom in einem Labor neben einem erstaunlich empfindlichen Detektor, der irgendwie auf ein einzelnes, einzelnes Photon einer beliebigen Wellenlänge reagiert, das jenseits des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs emittiert wird. Wenn dies der Fall ist, wird eine ohrenbetäubende Sirene ausgelöst, sodass Sie es definitiv nicht übersehen werden.

Aber Tag für Tag, Jahr für Jahr wird es nichts als Stille geben. Was diesen Detektor angeht, ist da einfach nichts. Eine vollständige Informationslücke.

Zusammenfassend: Gehen Sie nicht in die Nähe von Schwarzen Löchern!

Glossar zum Schwarzen Loch – Was bedeuten diese Begriffe?

Akkretionsscheibe Eine dynamische scheibenartige Materialstruktur, die sich spiralförmig auf ein massives Objekt wie ein Schwarzes Loch zu bewegt. Dinge wie Staub- und Gasmoleküle, die bei ihrer Spirale nach innen kollidieren oder aneinander reiben, können Strahlung aussenden, die dann verwendet werden kann, um die Raumzeit in der Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs abzubilden, jedoch nicht darin.

Gravitationsrotverschiebung beschreibt den Prozess, bei dem Photonen aus der Gravitationsquelle eines massiven Objekts „herausklettern“ müssen, dabei Energie verlieren und sich zu längeren Wellenlängen verschieben. Somit wird das von einem Objekt emittierte Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen (oder Frequenzen) empfangen, abhängig von der Position des Empfängers relativ zum Sender.

Innerste stabile Umlaufbahn (ISCO) Objekte können nicht in jeder Entfernung von einem Schwarzen Loch stabile Umlaufbahnen aufrechterhalten. Die ISCO-Grenze markiert die Schwelle, an der Orbits instabil werden und sich Objekte auf einer Flugbahn weiter in Richtung des Schwarzen Lochs bewegen. Die Position der Grenze hängt vom Schwarzen Loch ab.

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Hauptbild mit freundlicher Genehmigung von NASA Goddard