Das Schwarze Loch

Das Schwarze Loch
1992 wurden die ersten seltsamen Radiowellen aus der Milchstraße gemessen.
Schon nach kurzer Zeit wurde den Astronomen klar, dass sich etwas Außergewöhnliches in unserer Galaxie befinden musste. Sie gaben ihm den Namen Sagittarius A*,
da es im Sternzeichen des Schützen liegt.
Es ist ein so genanntes Schwarzes Loch.
Solche Weltraumgebilde gehören zu den
größten Geheimnissen unseres Universums. Noch vor kurzer Zeit galten sie als
pure Fantasie, und Wissenschaftler, die
sich mit solchen beschäftigten, wurden
ausgelacht. Andererseits versetzten sie
auch jeden Menschen in Erstaunen, wodurch diese Thematik vor allem in Sciencefiction- Filmen wie „Raumschiff Enterprise“ ausgebreitet wurde. Doch der düstere Nebel des Unwissens löst sich allmählich auf und Schwarze Löcher sind
nicht mehr bloß Sciencefiction-Wurmlöcher, sondern ein wichtiger Bestandteil der Astronomie.
Erstmals sprach 1783 der Astronom John Michell öffentlich von Schwarzen Löchern,
obwohl sie damals noch nicht so hießen. Erst 1967, also 184 Jahre nach der Spekulation, bezeichnete John Wheeler den „gefrorenen Stern“ als „the black hole“. Doch
wie kommt dieser kosmische Exot zu so einem Namen? Dazu muss seine Geburtsstunde genauer angeschaut werden.
Jeder Stern im weiten Weltall kommt zu einer Phase, in der er „stirbt“. Im Inneren
dieses Sternes entstehen durch Verschmelzung der Atomkerne immer schwerere
Elemente. Der Himmelskörper wird heißer und schwerer, bis der nukleare Brennstoff
aufgebraucht ist und der Stern unter seinem eigenen Gewicht zusammenbricht.
Wenn der Stern mehr als das Dreifache der Sonnenmasse (unsere Sonne oder die
Erde könnten deshalb nie zu einem Schwarzen Loch werden) besitzt, dann entsteht
nach einer mächtigen Supernova ein Schwarzes Loch. Wie es zu so etwas kommt,
erklärte Karl Schwarzschild 1916. Jeder Stern hat einen bestimmten Grenzradius,
den so genannten Schwarzschildradius. Wenn ein Stern kollabiert und sich so sehr
verdichtet, dass er die Größe des bestimmten Radius erreicht, entsteht ein Schwarzes Loch. Durch dieses Erreichen des Schwarzschildradius ist die Fluchtgeschwindigkeit auf der Oberfläche des Objekts gleich der Lichtgeschwindigkeit. Das bedeutet, wenn man den Anziehungskräften des Loches entkommen möchte, muss man
sich schneller als die Lichtgeschwindigkeit bewegen. Und dies ist vollkommen unmöglich. Dadurch verschlingt das Schwarze Loch alle Materie in seiner Nähe und
sogar das Licht. Dies erklärt den Namen des Ungeheuers, denn es ist fast völlig
schwarz. Es hat ein so starkes Gravitationsfeld, dass es sogar den Raum biegt, - laut
der allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein kann Masse den Raum
krümmen. Das muss man sich in etwa so vorstellen, wenn sich jemand auf ein Sofa
setzt und eine Delle entsteht. Genauso ist es bei dem Schwarzen Loch, wobei es
sich von der Außenwelt fast vollkommen abschließt.
Doch Schwarze Löcher sind nicht alle gleich. Ganz im Gegenteil. Diese Himmelskörper lassen sich in verschiedene Arten mit eigenen Eigenschaften einteilen. Es gibt
drei Merkmale: Masse, Drehimpuls und elektrische Ladung, die charakteristisch für
Schwarze Löcher sind. Zunächst existieren nicht rotierende und nicht elektrisch geladene Schwarze Löcher: die Schwarzschild-Löcher (als neuartige Alternative gibt es
auch den Grava-und Holostern).
Von den rotierenden und nicht elektrisch geladenen Schwarzen Löchern gibt es etwa
sieben Arten: primordiale-, kosmologische-, supermassenreiche-, mittelschwere-,
stellare Schwarze Löcher, Schwarze Löcher in Galaxienzentren und Schwarze MiniLöcher.
Rotierende Schwarze Löcher sind bei Astronomen meist viel anerkannter, da im
Weltraum der Drehimpuls erhalten bleibt. Unser Schwarzes Loch in der Milchstraße
war ebenso ein rotierendes supermassives Schwarzes Loch. Jedoch befand es sich
zuletzt vor 350 Jahren in dieser aktiven Phase. Der Aufbau eines rotierenden Loches, wie in der Milchstraße, unterscheidet sich in vielen Faktoren von den nicht rotierenden. Hier gilt nicht mehr die Schwarzschild-Lösung, sondern die Kerr-Lösung.
Diese besagt, dass das Schwarze Loch in der Mitte aus einer Kugel mit ihrem bestimmten Schwarzschildradius besteht. Im Zentrum dieser schwarzen Kugel herrscht
die Ringsingularität. Das heißt, dass innen physikalische Gesetze herrschen, die sich
unserem heutigen Physikwissen entziehen. Diese Kugel wird von einem so genannten Ereignishorizont umschlossen. Es ist ein Horizont, der Beobachtbares (außerhalb) von dem Unbeobachtbaren (innerhalb) trennt. Ebenso gibt es einen äußeren
Ereignishorizont, die Ergosphäre, die den Ereignishorizont vollkommen umschließt.
Wenn nun Materie auf die Ergosphäre gerät, wird es ohne Gnade in das Schwarze
Loch gezogen bzw. muss mit dem Loch rotieren.
Dabei sammeln sich die Partikel auf einer Akkretionsscheibe. Das heißt, sobald Teilchen in die Ergosphäre geraten, kommen sie auf diese Scheibe, die
die Form einer Spirale hat. Nun geht es Schlag auf
Schlag, die Teilchen ziehen immer engere Kreise
und heizen sich dabei auf, wobei der Drehimpuls
des Schwarzen Loches verlangsamt wird. Einige
Teilchen werden so sehr beschleunigt, dass sie beinahe Lichtgeschwindigkeit erreichen und aus der
Scheibe senkrecht ausgestoßen werden. Dadurch
entstehen Jets. Es sind Materieausstöße, die aber
nicht nur bei Schwarzen Löchern vorkommen.
Gerät ein Mensch auf die Akkretionsscheibe, dann
kommt es zum so genannten Spaghetti- Effekt. Das heißt, der Mensch würde in die
Länge gezogen werden.
Allgemein lässt sich jedoch sagen, dass der Aufbau dieses Loches bis jetzt eine
Theorie ist und nur indirekt belegt werden kann. Allgemein können Schwarze Löcher
nur durch wenige Faktoren nachgewiesen werden. Es kann zum Beispiel der Akkretionsfluss der Materie, die in die Bahn des Loches gerät, gemessen werden.
Wenn Sterne im Universum um etwas Unsichtbares und sehr Massenreiches kreisen, dann kann man auch von einem Schwarzen Loch ausgehen. Eine weitere Möglichkeit, die Aktivität eines Loches zu messen, ist, seine „Mahlzeit“ zu beobachten.
Sobald ein Himmelskörper vom Loch zerrissen wurde, wird eine Strahlung (Gamma
Ray Bursts) frei, die durch geeignete Messgeräte festgestellt werden kann.
Aber so ein Schwarzes Loch existiert auch nicht ewig, sondern fällt auch unter den
Fluss der Vergänglichkeit. Laut Stephen Hawkings kann ein Schwarzes Loch innerhalb einer bestimmten Zeitspanne, in der es nichts verschlingt, völlig zerstrahlen.
Hawkings behauptet, dass Löcher Strahlung abgeben. Dies würde die Tatsache widerlegen, dass Schwarze Löcher vollkommen „schwarz“ seien.
Im Grunde genommen wissen wir nur sehr wenig über die Existenz dieser Himmelskörper. Es gibt unzählige Spekulationen, die von Wurmlöchern berichten, in denen
man durch Zeit und Raum reisen kann. Dazu kommen Behauptungen, dass man die
Schwarzen Löcher als Energiequellen nutzen könne.
Doch trotz allem werden immer neuere Entdeckungen gemacht, die wieder Fragen
über die Aktivität der Weltraumungeheuer aufwerfen. Zum Beispiel wurde 2005 eine
Beobachtung gemacht, die die Astronomen schockierte. Das
Schwarze Loch in der Milchstraße wird von kleinen Schwarzen
Löchern in einem Radius von 70 Lichtjahren umkreist.
Solche und andere Entdeckungen werden den Menschen auf der
Suche nach der Lösung immer wieder aus der Bahn werfen und
wiederum ein Stück näher der Wahrheit bringen. Solange es
noch Fragen gibt wie: Was passiert, wenn sich zwei Löcher
vereinen? Können wir durch Wurmlöcher reisen oder wird es
jemals möglich sein Energie aus Löchern zu nutzen? , wird die
Forschung weitergehen. Doch eines steht fest, wir stehen erst
ganz am Anfang...
Anastasija Specht
Literaturhinweis:
Stephen W. Hawking: Das Universum in einer Nussschale.
Hoffmann und Campe Verlag, 2002
www.mpe.mpg.de/~amueller/astro_sl_einst.html#einst
www.ludwigsgymnasium.de/unterr/erdkunde/swl/int.htm
http://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzes_Loch
Fotos:
www.nasa.gov/home/index.html?skipIntro=1