Was befindet sich in einem Schwarzen Loch und wie entsteht es?

Was sind schwarze Löcher? Das fragt uns Lars, 10 Jahre.

Schwarze Löcher gehören zu den seltsamsten Objekten im Weltraum, die man sich vorstellen kann: Was sie einmal an sich gerissen haben, geben sie nie wieder her. Es sind aber keine Löcher im All, sondern unglaublich große und schwere Überreste von Sternen. Denn auch wenn Sterne wie unsere Sonne viele Milliarden Jahre alt werden können, leben sie doch nicht ewig.

Was aus einem Stern wird, der seinen Brennstoffvorrat verbraucht hat, hängt von der Größe und der Masse des Sterns ab. Nur Sterne, die mindestens die dreifache Sonnenmasse haben, können zu einem Schwarzen Loch werden.

Sie beenden ihr Leben mit einer spektakulären Explosion als Supernova. Bleibt bei dieser gewaltigen Explosion ein massereicher Sternenrest übrig,dann entsteht daraus ein Schwarzes Loch. In der Fachsprache auch stellares Schwarzes Loch genannt, weil es aus einem Stern entstanden ist.

Wie entstehen Sterne?

Sterne bilden sich, indem sich über sehr lange Zeiträume hinweg Materie zusammenballt. Das kann kosmischer Staub sein, die Überreste früherer Sterne oder Asteroiden. Je mehr sich zusammenballt, desto größer ist die Anziehungskraft, so dass sie noch schneller noch größer werden.

Der Druck im Innern des Sternenvorläufers nimmt durch die eigene Schwerkraft immer weiter zu. Irgendwann ist der Druck so groß, dass es zu Verschmelzungen der Atomkerne kommt - der Stern zündet.

Bei dieser sogenannten Kernfusion entsteht extrem viel Energie in Form von Licht, Hitze und Strahlung. Sie wirkt dem Druck der Schwerkraft entgegen. Es stellt sich ein Gleichgewicht ein zwischen der eigenen Schwerkraft des Sterns, die die Materie immer fester zusammendrücken würde, und der Strahlung aus dem Innern, die dafür sorgt, dass die Sternmaterie nicht völlig in sich zusammenbricht.

Wie entsteht ein Schwarzes Loch?

Irgendwann kann aber keine Kernfusion mehr stattfinden, weil alle möglichen Verschmelzungen im Stern stattgefunden haben - er hat seinen Brennstoffvorrat erschöpft. Jetzt fällt der Strahlungsdruck aus dem Innern des Sterns weg und die Materie des Sterns bricht unter der eigenen Schwerkraft zusammen.

War der Stern groß und massereich genug, dann konzentriert sich immer mehr Masse auf immer weniger Raum - die Dichte steigt und damit die Schwerkraft des Körpers. Dabei wird die Schwerkraft immer größer, so dass irgendwann sogar Licht nicht mehr entkommen kann - ein stellares Schwarzes Loch ist entstanden.

Was befindet sich in einem Schwarzen Loch?

Ein Schwarzes Loch enthält stark zusammengepresste Materie. Weil die Schwerkraft so groß ist, saugt es immer mehr Materie an - wie ein kosmischer Staubsauger. Es gibt Schwarze Löcher, die Millionen oder sogar Milliarden Mal die Masse der Sonne haben. Ein Teelöffel davon könnte so viel wiegen wie unsere Sonne und noch mehr!

Wie kann man Schwarze Löcher beobachten?

Da kein Licht einem Schwarzen Loch entrinnen kann, kann man sie auch nicht in Teleskopen direkt beobachten. Aber es gibt andere Möglichkeiten, sie nachzuweisen. Zum Beispiel wirken sie durch ihre Schwerkraft wie eine Linse und verzerren das Licht von hinter ihnen befindlichen Sternen und Galaxien. Solche Gravitationslinseneffekte machen sich durch seltsame optische Erscheinungen in herkömmlichen Teleskopen bemerkbar.

Eine andere Art, Schwarze Löcher nachzuweisen, nutzt die hineinstürzende Materie. Sie wird immer schneller beschleunigt, je näher sie dem Loch kommt. Dadurch entsteht eine typische Strahlung, die man mit Instrumenten messen kann.

Verschiedene Arten Schwarzer Löcher

Die beschriebenen stellaren Schwarzen Löcher haben bis zu zehn Sonnenmassen und einen Durchmesser von nur etwa 30 Kilometern!

Mittelschwere Schwarze Löcher haben bis zu 1.000 Sonnenmassen und einen Durchmesser von bis zu 1.000 Kilometern.

Supermassereiche Schwarze Löcher können Milliarden Mal schwerer sein als die Sonne. Ihr Durchmesser variiert zwischen 150.000 Kilometern und dem zehnfachen Abstand Sonne-Erde! Solche Schwarzen Löcher befinden sich in den Zentren vermutlich der meisten Galaxien.

Auch im Zentrum unserer Milchstraße befindet sich eines. Es trägt die Bezeichnung Sagittarius A* und ist 4,3 Millionen Mal so schwer wie die Sonne.

Die Geschichte der Erforschung der Schwarzen Löcher

Schon Endes des 18. Jahrhunderts machte sich der Wissenschaftler John Mitchell Gedanken über Sterne, die so groß und schwer sind und dadurch eine so große Schwerkraft haben, dass nicht einmal das Licht von ihnen entkommen kann.

Der Begriff Schwarzes Loch wurde aber erst 1967 von dem Physiker John Archibald Wheeler eingeführt. Im 20. Jahrhundert spielten Karl Schwarzschild, Albert Einstein und Stephen Hawking eine wichtige Rolle bei der Erforschung und Beschreibung dieser seltsamen Himmelsobjekte.

Übrigens ...

Das bislang schwerste bekannte Schwarze Loch befindet sich in der Galaxie NGC 4889. Die Daten deuten darauf hin, dass es 21 Milliarden Sonnenmassen hat!

Würde man die Sonne durch ein schwarzes Loch mit gleicher Masse ersetzen, würde das dem Sonnensystem und der Erde nichts ausmachen - vom fehlenden Licht einmal abgesehen. Erst wenn man sich dem Schwarzen Loch nähert und ihm dabei näher kommt, als die Sonne groß war, spürt man die Schwerkraftwirkungen des Schwarzen Lochs. Nur wenn das Schwarze Loch einen größere Masse hätte als die Sonne, würde auch der Rest des Sonnensystems beeinflusst.

Auch in der Sonne ist Materie dicht zusammengedrückt. Lichtteilchen, sogenannte Photonen, brauchen viele tausend Jahre, bis sie vom Sonnenkern an die Oberfläche gedrungen sind! Sie stoßen immer wieder mit anderen Teilchen zusammen, so dass sie immer wieder von ihrem geraden Weg abgelenkt werden.