Schwarze Löcher (Takimo 3)

Massereiche Sterne schleudern, nachdem sie ihren Brennstoff verbraucht haben, ihre äußere Hülle mit einer gewaltigen Explosion in den Weltraum. (s. Lexikon Supernova) Der im Zentrum dieser Explosion befindliche Eisenkern wird durch die eigene Schwerkraft immer weiter zusammen gepresst. Ist dieser Eisenkern kleiner als die 1,4-fache Masse unserer Sonne, dann bleibt als Endprodukt ein extrem kompakter Eisenkern von ca. 200 km Durchmesser übrig.

Liegt die Masse des Eisenkerns zwischen 1,4 und 3,2 Sonnenmassen, dann wird er zu einem nur noch 15 km großen Neutronenstern verdichtet.

Ist die Masse des Eisenkerns größer als 3,2 Sonnenmassen, dann presst die Gravitationskraft den Neutronenstern weiter zusammen, bis er in einem singulären Nichts verschwindet. Ein “Schwarzes Loch” ist entstanden: Ein Punkt ohne Ausdehnung, mit unendlich hoher Dichte. Eine Singularität, umgeben von einem extrem starken Gravitationsfeld.

Immer wenn Singularitäten auftreten läuten bei den Wissenschaftlern die Alarm­glocken. Unendliche Größen sind Zeichen dafür, dass ihre wissenschaftlichen Theorien an Grenzen gestoßen sind. Und tatsächlich kann keine heute existierende Theorie “Schwarze Löcher” vollkommen beschreiben. Erst eine zukünftige Theorie, die Einsteins Gravitationstheorie mit der Theorie der Elementarteilchen (Quantenfeldtheorie) vereint, wird eine genaue Beschreibung “Schwarzer Löcher” liefern. Die Stringtheorie ist heute der aussichtsreichste Kandidat für eine solche “Vereinheitlichte Theorie”. Obwohl es noch ein weiter Weg bis zu ihrer endgültigen Formulierung ist, liefert sie schon heute spektakuläre Aussagen über “Schwarze Löcher”.

Aber auch mit den heute existierenden Theorien können einige Aussagen über “Schwarze Löcher” gemacht werden:

“Schwarze Löcher” besitzen zum Beispiel einen Ereignishorizont. Das ist eine Art unsichtbare Grenze, die sich in mehreren Kilometern Entfernung von der eigentlichen Singularität befindet. Alles was von außen diese Grenze überschreitet, wird für immer und ewig in das “Schwarze Loch” gezogen. Dieser Ereignishorizont ist ein “Point of no Return”. Alles, was diesen Horizont überschreitet, einschließlich Licht, wird in die Singularität gezogen.

Cygnus X-1 ist ein Schwarzes Loch mit der fünffachen Masse unserer Sonne. Es ist "nur" 10 000 Lichtjahre von der Erde entfernt und verschlingt einen nahen Stern (Zeichnung ESA)

Cygnus X-1 ist ein Schwarzes Loch mit der fünffachen Masse unserer Sonne. Es ist “nur” 10 000 Lichtjahre von der Erde entfernt und verschlingt einen nahen Stern (Zeichnung ESA)

“Schwarze Löcher” wurden schon lange mittels theoretischer Berechnungen vorhergesagt. Aber kann man solche Objekte auch im Weltraum nachweisen? Ein “Schwarzes Loch”, hunderte oder tausende Lichtjahre entfernt, wie sollte man so etwas nachweisen? Ein “Schwarzes Loch” selbst kann man natürlich nicht beobachten, aber seine Auswirkungen, die es auf seine Umgebung hat, und die sind spektakulär:

Viele Sonnen kommen als Zwillinge auf die Welt, so genannte Doppelstern­systeme. Stirbt einer der beiden Sterne vorzeitig und wird zu einem “Schwarzen Loch”, so saugt dieses von seinem Begleiter Materie ab.

Das Gas der Nachbarsonne wird eingefangen und spiralisiert in einer flachen Scheibe, wie in einem Strudel auf das “Schwarze Loch” zu. Dabei erhitzt sich das Gas in dieser Akkretionsscheibe auf eine Million Grad und strahlt hell im Röntgenlicht.

Die akkretierte Materie ist meist noch magnetisch und umgibt das Loch mit einem starken Magnetfeld. Beim Sturz auf den Ereignishorizont wird ein Teil der Materie entlang der Magnetfeldlinien zu den Polen abgelenkt, aus denen dann mit nahezu Lichtgeschwindigkeit so genannte Gasjets austreten, Materieströme, die Millionen von Lichtjahren ins All jagen können.

Ein "Schwarzes Loch" saugt von einem Nachbarstern Materie ab. Zwei blaue Gasjets schießen in den Weltraum hinaus (Zeichnung ESA, NASA und F. Mirabel (CEA))

Ein “Schwarzes Loch” saugt von einem Nachbarstern Materie ab. Zwei blaue Gasjets schießen in den Weltraum hinaus (Zeichnung ESA, NASA und F. Mirabel (CEA))

Durch die ungeheure Reibung in der Akkretionsscheibe wird bis zu 20% ihrer Masse in Strahlungsenergie umgewandelt (Masse ist nach Einsteins berühmter Formel äquivalent zu Energie: E=m⋅c² (Energie gleich Masse mal Lichtge­schwindigkeit zum Quadrat)). Schwarze Löcher sind die effektivsten Energie­produzenten im gesamten Kosmos (bei der thermonuklearen Fusion im Inneren von Sternen wird nur 0,7 % der Masse in Strahlungsenergie umgewandelt).


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