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AutorenbildSven Piper

Schwarze Löcher

Aktualisiert: 13. Mai


Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs (Credit: ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser)
Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs (Credit: ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser)

Schwarze Löcher gehören zu den faszinierendsten und rätselhaftesten Objekten im Universum. Ihre Gravitationskräfte sind so stark, dass nicht einmal das Licht entkommen kann. Sie stellen unser physikalisches Verständnis in Frage und ziehen Wissenschaftler und die Öffentlichkeit in ihren Bann. Ihren Namen haben sie vom amerikanischen Physiker John Archibald Wheeler.


Schwarze Löcher entstehen in erster Linie aus den Überresten massereicher Sterne, die nach Erschöpfung ihres Kernbrennstoffs unter ihrer eigenen Schwerkraft katastrophal kollabieren. Dieser Kollaps führt zu einer Supernova, einem explosiven Ereignis, das ganze Galaxien überstrahlen kann und zur Entstehung eines Schwarzen Lochs führt.


Ihre Gravitationskräfte sind so groß, dass nicht einmal das Licht ihnen entkommen kann, wenn es einmal den Ereignishorizont, auch Schwarzschildradius genannt, überschritten hat. Das Material wird dabei spiralförmig angezogen und sammelt sich in der so genannten Akkreditionsscheibe bevor es verschluckt wird. Da sich das Material durch Reibungskräfte sehr stark aufheizt, wird dabei hochenergetische Strahlung emittiert.


Der Ereignishorizont ist eine "Grenze" zwischen dem normalen Raum und dem Raum des Schwarzen Loches, wo wir die Theorie der Quantenmechanik anwenden müssen, da wir uns in mikroskopischen Raumverhältnissen bewegen, im Gegensatz zu der Allgemeinen Relativitätstheorie, die den makroskopischen Raum beschreibt. Was ihn einmal überschritten hat, wird mit Lichtgeschwindigkeit ins Innere gesogen, so dass nach den Gesetzen der speziellen Relativitätstheorie ihm nichts entkommen kann, da sich nichts schneller als das Licht bewegen kann.


Erstes Bild eines Schwarzen Lochs


Erstes Bild eines Schwarzen Loches
Erstes Bild eines Schwarzen Loches (Credit: Event Horizon Telescope Collaboration)

Das Foto zeigt die Silhouette eines supermassereichen Schwarzen Lochs vor dem Hintergrund hellen, glühenden Gases. Das Schwarze Loch befindet sich im Zentrum der elliptischen Galaxie Messier 87 (M87), 53 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Es enthält 6,5 Milliarden Sonnenmassen.


Das Event Horizon Telescope - Team (oder kurz EHT-Team), ist ein Netzwerk von Radioteleskopen, die zusammenarbeiteten, um ein virtuelles Teleskop in Erdgröße zu bilden. Dieses beobachtete das Schwarze Loch zwei Wochen lang im April 2017 und eine weitere Woche im Jahr 2018. Die gesammelten Daten waren so umfangreich, dass sie zur Verarbeitung physisch zu einem zentralen Ort transportiert werden mussten.


Das Foto des Schwarzen Lochs bestätigt Einsteins allgemeine Relativitätstheorie, die die Schwerkraft als Verformung der Raumzeit beschreibt.


Hawkingstrahlung


Obwohl sie 'Schwarze Löcher' genannt werden, sind sie nicht völlig schwarz. Stephen Hawking entdeckte, dass sie Strahlung emittieren, bekannt als Hawking-Strahlung. Dieses Phänomen hilft, Verstöße gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik zu vermeiden. Dabei geht man von einem Vakuumzustand aus, in dem gemäß Heisenbergs Unschärferelation ständig virtuelle Paare aus Teilchen- und Antiteilchen entstehen und wieder verschwinden. Durch die starken Gravitationskräfte des Schwarzen Loches kann es passieren, dass diese Paare getrennt werden und ein Teilchen ins Schwarze Loch fällt, während das andere ins All entkommt. Dieser quantenmechanische Prozess könnte über viele Milliarden Jahre zum Auflösen von Schwarzen Löchern führen.


Gammastrahlenausbrüche


Schwarze Löcher werden auch mit den mysteriösen Gamma Ray Burst’s (GRB’s) in Verbindung gebracht, den stärksten Explosionen im Universum nach dem Urknall. Man nimmt an, dass es sich dabei um den „Geburtsschrei“ eines Schwarzen Loches handelt.


Spaghettisierung


Interessant ist dabei der Umstand, dass je größer das Schwarze Loch ist, desto näher könnte man seinem Ereignishorizont kommen, da größere Schwarze Löcher schwächere Gezeitenkräfte aufweisen. Diese Gezeitenkräfte sind auch dafür verantwortlich, dass ein Objekt spaghettisiert werden würde, sprich in die Länge gezogen wird.


Alternativen


Einige Wissenschaftler haben die Natur der Schwarzen Löcher in Frage gestellt, und es wurden alternative Theorien wie Sterne mit dunkler Energie oder Gravastare vorgeschlagen. Diese Ideen sind jedoch höchst spekulativ, und derzeit gibt es keine schlüssigen Beweise, die sie stützen. Die Existenz Schwarzer Löcher wird von der wissenschaftlichen Gemeinschaft weitgehend akzeptiert, aber die laufenden Forschungen und Debatten tragen dazu bei, unser Verständnis dieser Phänomene weiter zu verbessern.


Supermassereiche Schwarze Löcher


Supermassereiche Schwarze Löcher befinden sich im Zentrum fast jeder Galaxie und haben große Auswirkungen auf diese. Sie haben die Millionen- bis Milliardenfache Masse unserer Sonne und beeinflussen die Verteilung der Sterne. Wodurch sie entstehen, ist bisher nicht bekannt, doch nimmt man an, dass die Verschmelzung von mehreren Schwarzen Löchern zum Wachstum beiträgt.


Bekannt ist aber, dass es hier gelegentlich zu wahren Leuchtsignalen aus Röntgenstrahlen und Jetausbrüchen kommen kann.


Primordiale Schwarze Löcher


Einige Wissenschaftler gehen von der Existenz primordialer schwarzer Löcher aus. Dabei handelt es sich um hypothetische schwarze Löcher, die während des Urknalls als „Raum-Zeit-Verzerrungen“ entstanden sein sollen. Auch wenn ihre Existenz noch immer umstritten ist, stellen primordiale Schwarze Löcher ein interessantes Forschungsgebiet dar, das möglicherweise Aufschluss über die Entwicklung des frühen Universums geben kann.


Formel zur Berechnung des Radius:

Hier der normale Durchmesser der Sonne zum Vergleich: 1.392.520 km

Sie wäre also 233.381,94 mal kleiner als heute.

Der Durchmesser der Erde zum Vergleich: 12.756 km

Sie wäre 2137,67 mal kleiner als unsere Erde.



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