Schwarzes Loch

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Schwarzes Loch – Definition

Wie entsteht ein schwarzes Loch?

Die Entstehung schwarzer Löcher hat etwas mit dem Leben und Sterben von Sternen zu tun. Im Inneren von Sternen sind die Temperatur und der Druck so groß, dass Fusionsprozesse ablaufen können, die Energie freisetzen. Diese Energie sorgt dafür, dass Sterne, wie zum Beispiel die Sonne, leuchten. Sie sorgt aber auch dafür, dass ein Stern nicht unter der Kraft der Gravitation in sich zusammenfällt. Allerdings hat jeder Stern nur eine endliche Menge an Brennstoff für die Fusion und sobald dieser Brennstoff verbraucht ist, finden fast keine Fusionsprozesse mehr statt. Daher wird zu diesem Zeitpunkt auch nicht mehr ausreichend Energie erzeugt, die der Gravitation entgegenwirken kann, und der Stern kollabiert in einer Supernova. In welches Endstadium die Sterne übergehen, hängt von ihrer ursprünglichen Masse ab. Sterne mit einer Masse von über $25~\text{M}_{S}$, also der $25$-fachen Masse der Sonne, enden als schwarze Löcher.

Was ist ein schwarzes Loch?

Nachdem ein so massereicher Stern in einer Supernova-Explosion einen Teil seiner Hülle abgesprengt hat, fällt der zurückbleibende Kern unter der Kraft der Gravitation in sich zusammen. Dabei verdichtet er sich immer weiter, bis schließlich die gesamte Masse auf ein extrem kleines Volumen zusammengefallen ist. Weil die Dichte dafür an einem einzigen Punkt gegen unendlich geht, spricht man auch von einer Singularität.

Die Gravitation in der Nähe eines schwarzen Loches ist extrem groß. Innerhalb des sogenannten Schwarzschildradius oder Ereignishorizonts ist sie so groß, dass nicht einmal Licht entkommen kann. Der Schwarzschildradius ist der Radius einer Kugel um das Zentrum des schwarzen Loches. Wie groß diese Kugel ist, hängt von der Masse des schwarzen Loches ab.

Schwarzes Loch – Aufbau

Das eigentliche schwarze Loch ist die Singularität, also die extreme Massenverteilung in seinem Zentrum. Über die Natur der Singularität oder die Frage, was dahinter ist, lässt sich keine Aussage treffen. Denn da nicht einmal Licht aus ihr entweichen kann, kann auch sonst keine Information die Singularität verlassen. Einige rotierende schwarze Löcher sind von einer rotierenden Scheibe aus heißer Materie umgeben, die man Akkretionsscheibe nennt. Mit der Zeit wandert Materie aus dieser Scheibe hinter den Ereignishorizont, und speist damit das schwarze Loch. Dabei wird Energie frei, die die Scheibe aufheizt. Man nennt diesen Fluss von Materie auch Akkretionsfluss. In manchen Fällen wird Materie senkrecht zur Rotationsebene mit hoher Geschwindigkeit bis zu Tausende Lichtjahre ins All geschleudert. Diese Jets und die Strahlung, die von der heißen Akkretionsscheibe ausgeht, kann man auf der Erde messen.

Schwarzes Loch in der Milchstraße: Sagittarius A*

Man vermutet, dass schwarze Löcher häufig die Kerne von Galaxien bilden. Auch in der Milchstraße, unserer Heimatgalaxie, wird ein schwarzes Loch als Zentrum vermutet. Es trägt den Namen Sagittarius A* , hat vermutlich eine Masse von $4,3 \cdot 10^{6}~\text{M}_S$ und ist etwa $27.000~\text{Lj}$ von der Erde entfernt. Damit zählt es zu den supermassereichen schwarzen Löchern. Sein Ereignishorizont hat vermutlich einen Durchmesser von etwa $22 \cdot 10^{6}~\text{km}$. Sagittarius A* wird vermutlich auch von weiteren schwarzen Löchern umkreist.

Schwarze Löcher sind allerdings nicht so gefährlich, wie manchmal behauptet wird. Würde man zum Beispiel die Sonne durch ein schwarzes Loch ersetzen, das die gleiche Masse wie die Sonne hat, würde sich an der Bahn der Planeten nichts ändern – sie würden weiterhin um das Zentrum des Sonnensystems kreisen. Solange wir also nicht die Bahn eines schwarzen Lochs kreuzen, können sie uns nicht gefährlich werden.

Schwarzes Loch – Bild

Aufgrund ihrer starken Gravitation lassen schwarze Löcher kein Licht entkommen. Deswegen ist es auch nicht möglich, ein schwarzes Loch direkt zu fotografieren. Allerdings gelang es Forschern, das schwarze Loch im Zentrum der Riesengalaxie M87 mithilfe von Radioteleskopen indirekt abzubilden. Die Aufnahmen zeigen die Akkretionsflüsse um das Zentrum und waren eine wissenschaftliche Sensation, als sie 2019 veröffentlicht wurden. Schau doch mal, ob du sie im Internet findest.