Schwarze Löcher

Ein Schwarzes Loch ist eine Region in der Raumzeit, in der die Schwerkraft so stark ist, dass nichts – keine Teilchen oder sogar elektromagnetische Strahlung wie Licht – ihr entkommen kann. Die Allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass eine ausreichend große Masse die Raumzeit so deformieren kann, dass ein Schwarzes Loch entsteht. Die Grenze, wo nichts mehr entweichen kann, wird als Ereignishorizont bezeichnet. Obwohl ein Schwarzes Loch einen enormen Einfluss auf das Schicksal eines kosmischen Objekts hat, das in seine Nähe gerät, hat es gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie keine lokal nachweisbaren Merkmale. In vielerlei Hinsicht verhält sich ein Schwarzes Loch wie ein idealer schwarzer Körper, da es kein Licht reflektiert. Darüber hinaus sagt die Quantenfeldtheorie in der gekrümmten Raumzeit voraus, dass Ereignishorizonte Hawking-Strahlung aussenden, mit dem gleichen Spektrum wie ein schwarzer Körper mit einer Temperatur, die umgekehrt proportional zu seiner Masse ist. Diese Temperatur liegt bei stellaren Schwarzen Löchern in der Größenordnung von Milliardstel Kelvin, was eine direkte Beobachtung praktisch unmöglich macht.

Objekte, deren Gravitationsfelder zu stark sind, als dass Licht entweichen könnte, wurden erstmals im 18. Jahrhundert von John Michell und Pierre-Simon Laplace vermutet. 1916 fand Karl Schwarzschild die erste moderne Lösung der Allgemeinen Relativitätstheorie, die ein Schwarzes Loch charakterisieren würde. David Finkelstein veröffentlichte 1958 erstmals die Interpretation des „Schwarzen Lochs“ als einer Region des Weltraums, aus der nichts entkommen kann. Schwarze Löcher galten lange als mathematische Kuriosität; Erst in den 1960er Jahren zeigten theoretische Arbeiten, dass es sich um eine grundsätzliche Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie handelte. Die Entdeckung von Neutronensternen durch Jocelyn Bell Burnell im Jahr 1967 weckte das Interesse an durch Gravitation kollabierten kompakten Objekten als mögliche astrophysikalische Realität. Das erste bekannte Schwarze Loch war Cygnus X-1, das 1971 von mehreren Forschern unabhängig voneinander identifiziert wurde.



Schwarze Löcher von stellarer Masse entstehen, wenn massereiche Sterne am Ende ihres Lebenszyklus kollabieren. Nachdem sich ein Schwarzes Loch gebildet hat, kann es wachsen, indem es Masse aus seiner Umgebung absorbiert. Supermassive Schwarze Löcher mit Millionen von Sonnenmassen (M☉) können entstehen, indem sie andere Sterne absorbieren und mit anderen Schwarzen Löchern verschmelzen. Es besteht Einigkeit darüber, dass supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren der meisten Galaxien existieren.

Auf die Anwesenheit eines Schwarzen Lochs kann durch seine Wechselwirkung mit anderer Materie und mit elektromagnetischer Strahlung wie sichtbarem Licht geschlossen werden. Sterne, die zu nahe an einem supermassereichen Schwarzen Loch vorbeiziehen, können in Streifen zerfetzt werden, die sehr hell leuchten, bevor sie „verschluckt“ werden. Wenn andere Sterne ein Schwarzes Loch umkreisen, können ihre Umlaufbahnen die Masse und Position des Schwarzen Lochs beeinflussen. Solche Beobachtungen können genutzt werden, um mögliche Alternativen wie Neutronensterne auszuschließen. Auf diese Weise haben Astronomen zahlreiche Kandidaten für stellare Schwarze Löcher in Doppelsternsystemen identifiziert und festgestellt, dass die als Sagittarius A** bekannte Radioquelle im Kern der Milchstraße ein supermassereiches Schwarzes Loch mit etwa 4,3 Millionen Sonnenmassen enthält.

Am 11. Februar 2016 gaben die LIGO Scientific Collaboration und die Virgo Collaboration den ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen bekannt, was die erste Beobachtung einer Verschmelzung von Schwarzen Löchern darstellt. Am 10. April 2019 wurde das erste direkte Bild eines Schwarzen Lochs und seiner Umgebung veröffentlicht, nachdem das Event Horizon Telescope (EHT) 2017 Beobachtungen des supermassiven Schwarzen Lochs im galaktischen Zentrum von Messier 87 gemacht hatte. Das nächste bekannte Objekt, von dem angenommen wird, dass es ein Schwarzes Loch ist, befindet sich etwa 1.500 Lichtjahre (460 Parsec) entfernt. Obwohl bisher nur ein paar Dutzend Schwarze Löcher in der Milchstraße entdeckt wurden, wird angenommen, dass es Hunderte von Millionen gibt, von denen die meisten einzeln sind und keine Strahlungsemission verursachen. Daher wären sie nur durch Gravitationslinsen nachweisbar.

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