Glossar der Astronomie
Schwarzes Loch
Ein Schwarzes Loch ist eine Region in der Raumzeit, in der die Schwerkraft so stark ist, dass nichts – keine Teilchen oder gar elektromagnetische Strahlung wie Licht – daraus entkommen kann. Die allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass eine ausreichend kompakte Masse die Raumzeit so stark verformen kann, dass ein Schwarzes Loch entsteht. Die Vorstellung, dass es Objekte geben könnte, deren Schwerkraft so stark ist, dass nicht einmal Licht ihnen entkommen kann, wurde bereits im 18. Jahrhundert von John Michell und Pierre-Simon Laplace unabhängig voneinander aufgebracht. Die ersten echten Hinweise auf Schwarze Löcher kamen aber erst viel später mit dem Aufkommen der modernen Astrophysik. Heute sind Schwarze Löcher ein zentrales Element unseres Verständnisses vom Universum und spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Galaxien und der Entstehung der schwersten Elemente.
Die Grenze, ab der keine Rückkehr mehr möglich ist, wird als Ereignishorizont bezeichnet. Obwohl der Ereignishorizont einen enormen Einfluss auf das Schicksal und die Umstände eines ihn überschreitenden Objekts hat, scheinen keine lokal nachweisbaren Merkmale beobachtet zu werden. In vielerlei Hinsicht verhält sich ein Schwarzes Loch wie ein idealer schwarzer Körper, da es kein Licht reflektiert. Darüber hinaus sagt die Quantenfeldtheorie in gekrümmten Raumzeiten voraus, dass Ereignishorizonte Hawking-Strahlung aussenden, die dasselbe Spektrum wie ein schwarzer Körper mit einer Temperatur umgekehrt proportional zu seiner Masse hat. Diese Temperatur liegt bei Schwarzen Löchern mit Sternenmasse im Bereich von Milliardstel Kelvin, was eine direkte Beobachtung praktisch unmöglich macht.
Objekte, deren Gravitationsfeld zu stark ist, als dass Licht entweichen könnte, wurden erstmals im 18. Jahrhundert von John Michell und Pierre-Simon Laplace in Betracht gezogen. Die erste moderne Lösung der allgemeinen Relativitätstheorie, die ein Schwarzes Loch charakterisieren würde, wurde 1916 von Karl Schwarzschild gefunden, obwohl ihre Interpretation als eine Region des Raums, aus der nichts entkommen kann, erst vier Jahrzehnte später von David Finkelstein veröffentlicht wurde. Lange Zeit wurden Schwarze Löcher als mathematische Kuriositäten betrachtet; erst in den 1960er Jahren zeigte die theoretische Arbeit, dass sie eine generische Vorhersage der allgemeinen Relativitätstheorie sind. Die Entdeckung von Neutronensternen in den späten 1960er Jahren weckte das Interesse an gravitativ kollabierten kompakten Objekten als mögliche astrophysikalische Realität. Seitdem haben astronomische Beobachtungen unzählige Schwarze Löcher in unserem Universum entdeckt, von stellaren Schwarzen Löchern, die aus dem Kollaps massereicher Sterne entstehen, bis hin zu supermassereichen Schwarzen Löchern im Zentrum der meisten Galaxien, die Millionen oder gar Milliarden Mal die Masse unserer Sonne haben.
Schwarze Löcher mit Sternenmasse bilden sich, wenn sehr massereiche Sterne am Ende ihres Lebenszyklus kollabieren. Nach der Bildung eines Schwarzen Lochs kann es durch die Aufnahme von Masse aus seiner Umgebung weiterwachsen. Durch die Absorption weiterer Sterne und die Verschmelzung mit anderen Schwarzen Löchern können sich supermassereiche Schwarze Löcher mit Millionen von Sonnenmassen bilden. Es besteht allgemeiner Konsens darüber, dass im Zentrum der meisten Galaxien supermassereiche Schwarze Löcher existieren. Das Vorhandensein eines Schwarzen Lochs kann durch seine Wechselwirkung mit anderer Materie und mit elektromagnetischer Strahlung wie sichtbarem Licht abgeleitet werden. Materie, die auf ein Schwarzes Loch fällt, kann eine extragalaktische Akkretionsscheibe bilden, die durch Reibung erhitzt wird und einige der hellsten Objekte im Universum bildet. Wenn andere Sterne um ein Schwarzes Loch kreisen, können ihre Bahnen verwendet werden, um die Masse und den Ort des Schwarzen Lochs zu bestimmen. Solche Beobachtungen können verwendet werden, um mögliche Alternativen wie Neutronensterne auszuschließen. Auf diese Weise haben Astronomen in binären Sternensystemen zahlreiche stellare Schwarze Lochkandidaten identifiziert und festgestellt, dass die Radioquelle, die als Sagittarius A* bekannt ist, im Zentrum unserer Milchstraße ein supermassereiches Schwarzes Loch mit etwa 4,3 Millionen Sonnenmassen enthält.
Am 11. Februar 2016 gab die LIGO Scientific Collaboration den ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen bekannt, die auch die erste Beobachtung der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher darstellte. Am 10. April 2019 wurde das erste direkte Bild eines Schwarzen Lochs und seiner Umgebung veröffentlicht, das aus Beobachtungen des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie Messier 87 mit dem Event Horizon Telescope im Jahr 2017 resultierte. Das Bild zeigte einen hellen Ring aus Licht, der durch die enorme Schwerkraft des Schwarzen Lochs gebogen wurde, und bestätigte damit viele der theoretischen Vorhersagen über Schwarze Löcher.
Obwohl das Innere eines Schwarzen Lochs unsichtbar und für immer unserem Blick entzogen ist, stellt sich die faszinierende Frage: Was würde passieren, wenn man in ein Schwarzes Loch fallen würde? Wäre man in der Lage, den Ereignishorizont zu überschreiten und das Innerste eines Schwarzen Lochs zu betrachten, oder würde man schon vorher durch die gewaltigen Gezeitenkräfte zerrissen werden? Die Antwort auf diese Frage ist bis heute ein Rätsel.





























