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Von allen Orten im Universum, die man besuchen könnte, ist ein Schwarzes Loch wohl einer der letzten, an denen man sein möchte. Selbst wenn man nur wenig über Schwarze Löcher weiß, würde man wohl denken, dass es nicht zu den Orten gehört, die man unbedingt besuchen muss. Tatsächlich gibt es viele Gründe, Schwarze Löcher zu meiden. Aber wenn Sie genau wissen möchten, was passieren würde, wenn Sie einem begegnen würden, schauen wir uns das doch einfach mal an.
Was ist ein Schwarzes Loch?
Vereinfacht gesagt ist ein Schwarzes Loch ein Ort im Weltraum, an dem die Schwerkraft so stark ist, dass nichts entkommen kann, nicht einmal Licht. Deshalb nennen wir es schwarz: Es ist physikalisch unmöglich, etwas zu sehen, weil Licht nicht entweichen kann. Ohne Licht gibt es nichts zu sehen.
Es gibt möglicherweise zwei Arten von Schwarzen Löchern in unserem Universum. Die erste Art sind primordiale Schwarze Löcher. Man geht davon aus, dass sie kurz nach dem Urknall entstanden sind. Sie wären weniger dicht als eine andere Art von Schwarzen Löchern, die sogenannten stellaren Schwarzen Löcher.
Das primordiale Schwarze Loch könnte sich sogar vor der Entstehung der Sterne gebildet haben. Es wird vermutet, dass im frühen Universum, als alles extrem heiß war und sich gerade erst zu entwickeln begann, dichte Materieklumpen existierten. Diese Klumpen könnten unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabiert sein und so eine kleinere Version dessen gebildet haben, was wir heute als Schwarzes Loch bezeichnen.
Eine häufigere Art von Schwarzen Löchern sind stellare Schwarze Löcher, die im Inneren eines Sterns entstehen. Wenn ein Stern am Ende seiner Lebensspanne zu massereich wird – also etwa 25-mal so groß wie unsere Sonne –, kollabiert er in sich zusammen und wird so dicht, dass ein Schwarzes Loch entsteht.
Das Universum enthält auch supermassereiche Schwarze Löcher, die, wie ihr Name schon sagt, äußerst beeindruckend sind. Supermassereiche Schwarze Löcher finden sich mitunter in den Zentren von Galaxien. Man geht davon aus, dass sie vor Milliarden von Jahren durch den Kollaps massereicher Sterne entstanden sind und seitdem, ähnlich wie andere Sterne, Materie anziehen und dadurch immer größer werden. Möglicherweise sind sie sogar in der Lage, andere Schwarze Löcher zu absorbieren.
Wie viele sind es insgesamt?
Im Grunde kann nichts einem Schwarzen Loch entkommen; man hat nicht genug Kraft, um etwas zu entkommen, dem selbst Licht nicht entkommen kann. Das bedeutet, sie sind ziemlich gefährlich. Sicherlich sind sie nicht so häufig, oder? Sie sind wie Haie im Ozean, man muss sich einfach vor ihnen in Acht nehmen. Das ist allerdings schwerer einzuschätzen.
Lange Zeit galt die plausibelste Antwort auf die Frage nach der Anzahl Schwarzer Löcher im Universum: zu viele. Zu viele, um sie zu zählen. Unmöglich abzuschätzen. Denn die Beobachtung kosmischer Phänomene ist angesichts der schieren Größe des Universums bereits schwierig. Etwas zu entdecken, das man nicht sehen kann, ist noch viel schwieriger. Man muss Gravitationswellen und beobachtbare Phänomene messen, die typischerweise mit Sternen in Verbindung gebracht werden. In gewisser Weise ist es, als würde man Steine in einem Teich anhand der Spritzer zählen.
Natürlich sind alle Zahlen, die wir ermitteln, nur Schätzungen; wir nennen keine exakten Werte. Bitte gehen Sie genauso vor wie bei der Schätzung der Erdbevölkerung – ohne buchstäblich jede einzelne Person zu zählen. Wir haben jedoch in den letzten Jahren Fortschritte erzielt und verfügen über eine grobe Schätzung der Anzahl der Schwarzen Löcher, die unserer Meinung nach existieren könnten. Sind Sie bereit? Setzen Sie sich am besten hin, schauen Sie sich um und vergewissern Sie sich, dass Sie nicht in die Vergessenheit gezogen werden.
Astrophysiker haben mithilfe großer Mengen komplexer Daten berechnet, dass es im Universum etwa 40 Trillionen Schwarze Löcher gibt. Nur zur Info: Eine Trillion hat 18 Nullen.
Wie groß werden sie?
Im Zentrum unserer Galaxie, der Milchstraße, befindet sich ein Schwarzes Loch namens Sagittarius A. Es ist zwar nicht das größte Schwarze Loch, das wir je entdeckt haben, aber um Ihnen eine Vorstellung von seiner Größe zu geben: Es ist vier Millionen Mal größer als unsere Sonne.
Ein typisches Schwarzes Loch kann um ein Vielfaches größer sein als unsere Sonne, sogar um mehrere hundert Mal. Wichtig ist, dass dies nur während der Entstehungsphase gilt. Wie jedes neugeborene Objekt wächst es. Sobald das Schwarze Loch beginnt, Materie aufzunehmen und Gase und Teilchen aus dem umgebenden System zu verschlingen, kann es andere Sterne einsaugen und dabei immer größer werden. Je älter es wird, desto größer wird es.
Wie bereits erwähnt, ist Sagittarius A 4 Millionen Mal größer als unsere Sonne. Sie werden erfreut sein zu hören, dass es sich um eine kleine Galaxie handelt. Es gibt auch eine Galaxie namens Holmberg 15A, die ein Schwarzes Loch in ihrem Zentrum besitzt. Sie ist 40 Milliarden Mal größer als unsere Sonne.
Supermassive Schwarze Löcher wie das in der Galaxie Holmberg 15A könnten in den ersten Milliarden Jahren unseres Universums entstanden sein. Sie haben wahrscheinlich im Laufe ihrer Existenz mehrere Sterne verschlungen und könnten auch das Ergebnis einer Kollision zweier Galaxien sein, bei der ein Schwarzes Loch das andere verschluckt hat. Möglicherweise sammeln sie auch Dunkle Materie an.
Ein interessanter Kontrast dazu sind die primordialen Schwarzen Löcher, die wir bereits erwähnt haben. Diese Schwarzen Löcher sind deutlich weniger dicht als stellare und supermassereiche Schwarze Löcher. Theoretisch könnte man vermuten, dass einige von ihnen 100.000 Mal kleiner als eine Büroklammer sein könnten. Wir sprechen also von winzigen, unscheinbaren kosmischen Phänomenen. Andererseits können sie 100.000 Mal dichter als unsere Sonne sein, sodass sich eine Begegnung mit ihnen möglicherweise trotzdem nicht lohnen würde.
Was geschieht im Inneren eines Schwarzen Lochs?
Magst du Spaghetti? Du wirst mir zustimmen, sie sind wirklich lecker. Und von allen Nudelsorten gehören sie zu den besten. Sie lassen sich leicht essen, einfach um die Gabel wickeln oder schlürfen – nichts Besonderes. Es macht Spaß! Es sei denn natürlich, Spaghetti sind genau dein Ding.
Spaghettifizierung ist ein absurd komischer Name für den Prozess, der eintritt, wenn ein Objekt mit der richtigen Masse in ein Schwarzes Loch fällt. Die Schwerkraft des Lochs zieht einen quasi wie Spaghetti an. Wer schon mal versucht hat, sich in Spaghetti-Form zu bringen, weiß, dass das unmöglich bequem geht. Es wäre tödlich.
Selbst bei einem so kleinen Objekt wie dem Space Shuttle sind die Gravitationskräfte vorne deutlich stärker als hinten. Das liegt an dem steilen Gravitationsgradienten, den man beim Annähern an ein Schwarzes Loch erfährt. Stellen Sie sich eine Schüssel Wackelpudding vor, die man mit einem Strohhalm von oben in der Mitte aussaugt.
Der Boden der Schüssel bleibt vorerst unbeschädigt, doch alles, was der Strohhalm berührt, wird zerstört. Dasselbe geschieht mit deinem Raumschiff. Alles sammelt sich in diesem Strohhalm, ob beabsichtigt oder nicht. Die Gezeitenkräfte des Schwarzen Lochs dehnen dich aus und zerreißen dich dann. Das ist Spaghettifizierung.
Man sollte sich vor Augen halten, dass Spaghettifizierung nicht in jedem Schwarzen Loch möglich ist. Sie hängt maßgeblich von der Masse des Schwarzen Lochs selbst ab. Supermassive Schwarze Löcher besitzen eine so starke Gravitationskraft, dass dieser Gradient keinerlei Auswirkungen hat. Es wäre allerdings keine angenehme Erfahrung; man würde einfach hineinfallen und all die anderen schrecklichen Dinge erleben, die damit einhergehen.
Andererseits, auch wenn das nicht unbedingt etwas Positives ist, werden Sie wahrscheinlich lange vorher sterben. Um ein Schwarzes Loch herum befindet sich eine sogenannte Akkretionsscheibe, in der sich alle Materieteilchen ansammeln, die noch nicht absorbiert wurden. Man kann es sich wie einen kosmischen Ring um eine Badewanne vorstellen – diese klebrige Masse umgibt das Zentrum.
Das Problem mit dem Akkretionsring ist, dass er der Gravitationskraft des Schwarzen Lochs selbst unterliegt. Er erhitzt sich so stark, dass er Strahlung abgibt. Durch die Kombination von Gravitation und Reibung entstehen Röntgen- und Gammastrahlen. Bevor das Schwarze Loch dich also in kosmische Marshmallows verwandelt, wird dich die Akkretionsscheibe verbrennen.
Aber das ist noch nicht alles! Aufgrund der Zeitdilatation, die einem Schwarzen Loch innewohnt, scheint man sich beim Annähern an den Ereignishorizont für den größten Teil des restlichen Universums langsamer zu bewegen. Tatsächlich könnte man an diesem Punkt relativ zum Rest des Universums vollständig zum Stillstand kommen und dort eingefroren werden – potenziell für immer. Um dies zu verstehen, müssen wir Spaghettifizierung und Strahlung außer Acht lassen. Wie bereits erwähnt, gibt es jedoch kein Entkommen mehr, sobald man den Ereignishorizont betreten hat.
Was ist also ein Ereignishorizont?
Der Begriff «Ereignishorizont» ist vielleicht etwas schwer verständlich. Er klingt hochtrabend, nicht wahr? Er enthält das Wort «Ereignis». Und «Horizont» ist das, was man in der Ferne sieht. Es klingt also nach etwas Riesigem, Monumentalem und Weit Entferntem. In Wirklichkeit ist es einfach die Grenze des Schwarzen Lochs. Man kann es sich wie eine nicht-physische Wand vorstellen. Es ist der Teil, der das Schwarze Loch vom umgebenden Raum trennt.
Das entscheidende Merkmal eines Schwarzen Lochs, das seinen Ereignishorizont so wichtig macht, ist, dass es der Punkt ist, an dem es kein Zurück mehr gibt. Genau genommen ermöglicht er es uns, ein Schwarzes Loch zu sehen. Da Licht den Ereignishorizont nicht verlassen kann, müssen wir seinen Rand beobachten, um überhaupt von seiner Existenz zu wissen. Hier sammeln sich Gase, kosmischer Staub, UFOs und andere Objekte und erhitzen sich dabei dramatisch, bevor sie diese Grenze überschreiten. Es ist wie ein kosmischer Strudel, der Halo genannt wird, weil er in einer unglaublich dunklen Region sichtbar ist, die kein Instrument auf der Erde erfassen kann.
Kann irgendetwas aus einem Schwarzen Loch entkommen?
Angesichts der so starken Gravitationskraft, dass selbst Licht ihr nicht entkommen kann, erscheint die Annahme, dass nichts im Universum einem Schwarzen Loch entkommen könnte, außer es könnte sich schneller als das Licht bewegen, plausibel und sicher. Die Physik lehrt uns, dass dies – abgesehen von theoretischen Fällen – tatsächlich unmöglich ist. Doch es gibt einige Dinge, die der Gravitationskraft eines Schwarzen Lochs widerstehen können: subatomare Teilchen.
Schwarze Löcher stoßen Plasmastrahlen aus, die mit Positronen und Elektronen gefüllt sind. Diese Strahlen rasen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aus dem Schwarzen Loch zurück zum Ereignishorizont. Dort prallen sie heftig ab und werden erneut jenseits des Ereignishorizonts ins All geschleudert. Aber wie zum Teufel funktioniert das?
Die gängige Theorie besagt, dass das Schwarze Loch all diese Teilchen anzieht, darunter auch solche mit negativer Energie. Man kann es sich wie Nahrung mit negativer Kalorienzufuhr vorstellen – Nahrung, deren Verdauung mehr Kalorien benötigt, als sie liefert. Das Schwarze Loch füllt sich also mit diesen Teilchen negativer Energie, die ihm effektiv Energie entziehen, seine Anziehungskraft verringern und die Teilchen selbst beschleunigen. Im Inneren des Schwarzen Lochs gewinnen sie Energie, während das Schwarze Loch Energie verliert.
Während die meisten Stoffe also niemals entweichen können, gibt es einige wenige Umstände, unter denen dies bei Partikeln möglich ist. Und wir? Wir haben Pech gehabt.
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