Schwarzes Loch: Unsichtbar und mit unvorstellbarer Anziehungskraft
Ein schwarzes Loch ist ein unvorstellbarer Himmelskörper: Eine große Masse ballt sich auf engstem Raum, die Anziehungskraft ist gigantisch.
Frankfurt – Es gibt wohl kaum Objekte im Universum, die mysteriöser sind als schwarze Löcher und die Fantasie mehr anregen. Bei einem schwarzen Loch handelt es sich um einen Himmelskörper, dessen Masse auf ein sehr kleines Volumen konzentriert ist. Dadurch hat der Körper eine so starke Schwerkraft, dass er alles in seiner Umgebung anzieht – und nichts mehr entkommen lässt. Alles, was den sogenannten Ereignishorizont überschreitet, ist unwiederbringlich verloren und kann nicht mehr entfliehen – ein Konzept, das auch im Science-Fiction-Bereich gerne thematisiert wird.
| Typ | Masse |
|---|---|
| stellares schwarzes Loch: | einige bis hin zu mehreren zehn Sonnenmassen |
| mittelschweres schwarzes Loch: | mehrere hundert bis einige tausend Sonnenmassen |
| supermassereiches schwarzes Loch: | hunderttausend bis zehn Milliarden Sonnenmassen |
Zum Vergleich: Bei einem schwarzen Loch mit der Masse unserer Sonne hätte der Ereignishorizont nur einen Durchmesser von sechs Kilometern. Die Sonne hat einen Durchmesser von knapp 1,4 Millionen Kilometern. Ein schwarzes Loch trägt seinen Namen völlig zu Recht: Da nichts aus ihm hinausdringen kann, ist es im sichtbaren Licht nicht wahrzunehmen.
Schwarzes Loch: Mehrere Sonnenmassen auf kleinstem Raum sorgen für massive Schwerkraft
Es gibt verschiedene Arten von schwarzen Löchern, die sich vor allem durch ihre Entstehung und ihre Masse unterscheiden:
- Ein stellares schwarzes Loch entsteht, wenn ein Stern kollabiert: Er stößt seine äußeren Hüllen in einer Supernova ab, der Kern fällt in sich zusammen und wird zu einem extrem kompakten schwarzen Loch. Stellare schwarze Löcher haben Massen von einigen wenigen bis hin zu mehreren zehn Sonnenmassen.
- Supermassereiche schwarze Löcher befinden sich im Zentrum der meisten Galaxien – auch im Zentrum der Milchstraße befindet sich ein supermassereiches schwarzes Loch (Sagittarius A*). Wie diese schwarzen Löcher entstehen, ist bisher unklar. Ein supermassereiches schwarzes Loch kann hunderttausend Sonnenmassen und bis zu zehn Milliarden Sonnenmassen haben.
- Mittelschwere schwarze Löcher werden von der Forschung als weitere Gruppe vermutet. Sie sollen eine Masse von mehreren hundert bis einigen tausend Sonnenmassen besitzen. Bisher konnten jedoch keine Objekte eindeutig nachgewiesen werden. Sie sollen durch die Kollision mehrerer Sterne entstehen.
- Primordiale schwarze Löcher sind ebenfalls noch nicht bestätigt, es handelt sich um eine Theorie Stephen Hawkings. Demzufolge sind primordiale schwarze Löcher bereits beim Urknall entstanden. Sie sind winzig und daher nur schwer zu lokalisieren.
Was dem Ereignishorizont eines schwarzen Lochs zu nahe kommt, wird unweigerlich angezogen und „verschluckt“ – bleibt man jedoch weit genug entfernt, verhält sich ein schwarzes Loch wie jeder andere Himmelskörper: Andere Objekte können es auf stabilen Bahnen umrunden.
Wie schwarze Löcher nachgewiesen werden
Weil ein schwarzes Loch weder sichtbares Licht noch andere Strahlung abgibt, die man messen könnte, sind sie nicht einfach nachzuweisen. Doch etwas anderes kann man beobachten: Die Auswirkung der Gravitation des schwarzen Lochs auf Materie, die sich außerhalb des Ereignishorizonts befindet. Bei rotierenden schwarzen Löchern entsteht eine sogenannte Akkretionsscheibe: Materie umgibt das schwarze Loch, reibt sich aneinander und gibt große Energiemengen frei. Diese elektromagnetische Strahlung und Materie-Strahlen, die senkrecht zur Akkretionsscheibe entstehen, können nachgewiesen werden, genau wie Gammastrahlen-Emissionen.
Eine weitere Möglichkeit, ein schwarzes Loch nachzuweisen, besteht in der Beobachtung der Bahnen und Geschwindigkeiten von Sternen, die das Objekt umkreisen. Das schwarze Loch Sagittarius A* im Zentrum der Milchstraße wird beispielsweise von dem Stern S2 umkreist. Die Vermessung seiner Bahn gibt genaue Hinweise auf das schwarze Loch. Auch eine Freisetzung von Röntgenstrahlung kann ein schwarzes Loch verraten. Die Röntgenstrahlung entsteht beispielsweise, wenn ein Stern einem schwarzen Loch zu nahe kommt und von ihm zerrissen wird.
Auch Linseneffekte, die hinter einem schwarzen Loch liegende Objekte stark vergrößern, lassen auf ein schwarzes Loch schließen., genau wie Gravitationswellen, die unter anderem mit dem Detektor Ligo gemessen werden können. Zuletzt sorgte die Methode der Very Long Baseline Interferometry (VLBI) im Zusammenhang mit schwarzen Löchern für Aufsehen: Forschende hatten mehrere Radioteleskope weltweit im Event Horizon Telescope zusammengeschlossen und damit eine Auflösung erreicht, die ein einzelnes Teleskop nicht schafft. Damit entstanden sind Aufnahmen, die die direkte Umgebung des schwarzen Lochs M87* im Zentrum der Galaxie Messier 87 zeigen. Die erste Aufnahme eines schwarzen Lochs, die 2019 präsentiert wurde, war eine wissenschaftliche Sensation. (tab)