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Black Holes
Das nächste Schwarze Loch befindet sich im Zentrum unserer Milchstrasse. Es trägt den Namen Sagittarius A*, ist mehr als 4 Millionen Mal so schwer wie unsere Sonne aber winzig klein. Genau das macht ein Schwarzes Loch aus: extrem viel Masse auf extrem kleinem Volumen. Deshalb ist die Gravitation dort so stark, dass nicht mal Licht sich entfernen kann, wenn es dem Schwarzen Loch zu nahe kommt. Nähert sich Materie einem Schwarzen Loch beginnt sie oft spiralförmig zu kreisen, heizt sich auf und leuchtet als sogenannte Akkretionsscheibe, bevor sie im Schwarzen Loch verschwindet.
Hinter dem Ereignishorizont wird es schwarz
Die Grenze um das Schwarze Loch, hinter der sich auch Licht nicht mehr entfernen kann, heisst Ereignishorizont. Alles was hinter dem Ereignishorizont geschieht, bleibt für uns unsichtbar. Rechnungen zeigen zudem, dass dort Raum und Zeit durch das extreme Verhältnis von Masse zu Volumen so stark verzerrt sind, dass wir sie nicht mehr mit unseren physikalischen Modellen beschreiben können. Kosmologinnen und Kosmologen sprechen dann von einer Singularität.
Erst die Theorie, dann die Nachweise
Der erste Forscher, der sich Objekte vorstellte, die so massereich sind, dass sie selbst Licht zurückhalten, war John Mitchell im achtzehnten Jahrhundert. Danach brauchte es etwas Zeit, bis die korrekten Rechnungen dazu vorlagen: 1915 veröffentlichte Albert Einstein seine Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, für die Karl Schwarzschild 1916 eine Lösung fand. Und diese Lösung beschrieb zum ersten Mal ein Schwarzes Loch - also eine Singularität, die von einem Ereignishorizont umgeben ist.
Nach und nach folgten praktische Nachweise für Schwarze Löcher: 1972 beobachete Tom Bolton ein Objekt, von dem er vermutete, dass es ein Schwarzes Loch ist. Es erhielt den Namen Cygnus X-1. Einige Jahre später waren sich die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen durch Ausschlussverfahren einig, dass es sich tatsächlich um ein Schwarzes Loch handelt. 2016 gelang es, mit den Advanced-LIGO-Detektoren in den USA Gravitationswellen nachzuweisen, die nur aus der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher stammen konnten. Und 2019 fotografierten Forschende im weltumspannenden Projekt mit dem "Event Horizon Telescope" den Ereignishorizont um das Schwarze Loch in der Galaxie Messier 87. "Unser" Schwarzes Loch Sagittarius A* entdeckten die beiden Teams um die Astronomin Andrea Gehz und den Astrophysiker Reinhard Genzel in vielen Beobachtungen ab den 1990er Jahren. Das erste Bild von Sagittarius A* gelang 2022 ebenfalls mit dem "Event Horizon Telescope".
Oft aus Sternen entstanden
Je nach Entstehungsart und Masse unterscheiden Forschende verschiedene Klassen Schwarzer Löcher:
- Viele Schwarze Löcher entstehen aus Sternen. Sterne, die mindestens dreimal so schwer sind, wie unsere Sonne können am Ende ihres Lebens in einer Supernova zu einem Schwarzen Loch kollabieren. Diese heissen dann Stellare Schwarze Löcher.
- Eine weitere Möglichkeit sind Primordiale Schwarze Löcher - solche, die sich kurz nach dem Urknall gebildet haben, als die Dichteverteilung im Universum anders war als heute.
- "Unser" Schwarzes Loch, Sagittarius A*, ist ein sogenanntes supermassives Schwarzes Loch. Deren Masse beträgt das millionen- oder sogar milliardenfache unserer Sonne . Bis heute weiss man nicht, wie sie entstehen.
- Hat ein Schwarzes Loch, das hundert- bis tausendache an Sonnengewicht heisst es mittelschweres Schwarzes Loch und entstand wahrscheinlich, als zwei Sterne kollidierten.
- Auch Schwarze-Mikro-Löcher sind mindestens in der Theorie möglich. Es brauchen nicht unbedingt grosse Massen beteiligt zu sein, damit ein Schwarzes Loch entsteht. Entscheidend ist das Verhältnis Masse zu Volumen. Solche Schwarze-Mikro-Löcher könnten entstehen, wenn Teilchen, etwa Elektronen, mit hoher Geschwindigkeit kollidieren. Beobachtet wurde ein solches Schwarzes Loch noch nie.
Visualisierung des Schwarzen Lochs Cygnus-X-1 (links). Material des benachbarten blauen Riesen (rechts) wird angezogen und formt eine Akkretionsscheibe.
Erster fotografischer Nachweis eines Schwarzen Lochs: mit dem Event Horizon Teleskop konnte das Schwarze Loch in der Galaxie Messier 87 fotografiert werden. Auf dem Bild ist die Akkretionsscheibe und der "Schatten" des Schwarzen Lochs sichtbar, der durch Krümmung der Lichtstrahlen entsteht. Der Ereignishorizont ist etwa 2,5-mal kleiner als der Schatten.