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Schwarze Löcher

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image Materiering um ein Schwarzes Loch

Schwarze Löcher gehören zweifelsohne zu den interessantesten Objekten im Universum. An ihrer Existenz gibt es eigentlich schon lange keinen Zweifel mehr, auch wenn man sie nur indirekt durch ihre Auswirkungen auf andere Objekte nachweißen kann. Ihren Namen haben sie vom amerikanischen Physiker John Archibald Wheeler.

Sie sind schwarz, weil ihre Gravitationskräfte so groß sind, dass nicht einmal das Licht ihnen entkommen kann, wenn es einmal den Ereignishorizont oder auch Schwarzschildradius genannt, überschritten hat. Das Material wird dabei spiralförmig angezogen und sammelt sich in der so genannten Akkreditionsscheibe bevor es verschluckt wird. Da sich das Material durch Reibungskräfte sehr stark aufheizt, wird dabei hochenergetische Strahlung emittiert.

Der Ereignishorizont ist eine "Grenze" zwischen dem normalen Raum und dem Raum des Schwarzen Loches, wo wir die Theorie der Quantenmechanik anwenden müssen, da wir uns in mikroskopischen Raumverhältnissen bewegen, im Gegensatz zu der Allgemeinen Relativitätstheorie, die den makroskopischen Raum beschreibt. Was ihn einmal überschritten hat, wird mit Lichtgeschwindigkeit ins Innere gesogen, so dass nach den Gesetzen der Speziellen Relativitätstheorie ihm nichts entkommen kann, da sich nichts schneller als das Licht bewegen kann.

Doch sie sind nicht völlig schwarz, denn wie Stephen Hawking herausfand, emittieren sie Strahlung, die so genannte Hawkingstrahlung, denn nur so können sie Verstöße gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik vermeiden. Dabei geht man von einem Vakuumzustand aus, in dem gemäß Heisenbergs Unschärferelation ständig virtuelle Paare aus Teilchen- und Antiteilchen entstehen und wieder verschwinden. Durch die starken Gravitationskräfte des Schwarzen Loches kann es passieren, dass diese Paare getrennt werden und ein Teilchen ins Schwarze Loch fällt, während das andere ins All entkommt. Dieser quantenmechanische Prozess könnte über viele Milliarden Jahre zum Auflösen von Schwarzen Löchern führen.

Ein stellares Schwarzes Loch entsteht, wenn ein Stern seine letzten Reserven an Wasserstoff aufgebraucht hat und in einer Supernova kollabiert, hat der Stern nach seinem Kollaps noch mehr als drei Sonnenmassen, so wird er unweigerlich zu einem Schwarzen Loch. Hat er weniger als drei Sonnenmassen und mehr als 1,4 Sonnenmassen wird er zu einem Neutronenstern, hat ein Stern weniger als 1,4 Sonnenmassen wird er ein Weißer Zwerg.

Schwarze Löcher werden auch mit den mysteriösen Gamma Ray Burst’s (GRB’s) in Verbindung gebracht, den stärksten Explosionen im Universum nach dem Urknall. Man nimmt an, dass es sich dabei um den „Geburtsschrei“ eines Schwarzen Loches handelt.

Spaghettisierung

Interessant ist dabei der Umstand, dass je größer das Schwarze Loch ist, desto näher könnte man seinem Ereignishorizont kommen, da größere Schwarze Löcher schwächere Gezeitenkräfte aufweisen. Diese Gezeitenkräfte sind auch dafür verantwortlich, dass ein Objekt spaghettisiert werden würde, sprich in die Länge gezogen wird.

Alternativen

Doch nicht alle Wissenschaftler sind von der Existenz Schwarzer Löcher überzeugt, so wird gelegentlich auch die  spekulative Theorie vertreten, dass es sich bei dem Phänomen um Sterne aus Dunkler Energie handelt, die nur nach außen wie ein Schwarzes Loch wirken. Diese Theorie ist auch unter dem Begriff Gravasterne bekannt, die auf eine spekulative Form der Quantengravitation beruht.

Supermassereiche Schwarze Löcher

Supermassereiche Schwarze Löcher befinden sich im Zentrum fast jeder Galaxie und haben große Auswirkungen auf diese. Sie haben die Millionen- bis Milliardenfache Masse unserer Sonne und beeinflussen die Verteilung der Sterne. Wodurch sie entstehen, ist bisher nicht bekannt, doch nimmt man an, dass die Verschmelzung von mehreren Schwarzen Löchern zum Wachstum beiträgt.

Bekannt ist aber, dass es hier gelegentlich zu wahren Leuchtsignalen aus Röntgenstrahlen und Jetausbrüchen kommen kann.

Primordiale Schwarze Löcher

Eine weitere spekulative Theorie besagt, dass neben solchen durch Supernovae entstandenen Schwarzen Löchern es auch so genannte primordiale Schwarze Löcher geben könnte. Dabei handelt es sich um Schwarze Löcher, die sich als „Raumverwerfungen“ bereits im Urknall gebildet haben.

Formel zur Berechnung des Radius:

Rs = 2 x G x M / c²

wobei:

Rs = Schwarzschildradius
G = Newtonsche Gravitationskonstante ( 6,67259 x 10 hoch -11 m³/kg x s² )
M = Masse des Körpers
c = Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ( 2,99792458 x 10 hoch 8 m/s )

Beispiel:

Wenn unsere Sonne ein Schwares Loch werden würde, was Aufgrund ihrer "geringen" Masse nicht möglich ist, wie groß wäre sie dann??

Rs = 2 x G x Ms / c²

Rs = 2 x ( 6,67259 x 10 hoch -11 m³/kg x s² ) x ( 1,989 x 10 hoch 30 kg ) / ( 2,99792458 x 10 hoch 8 m/s )²

Rs = 2953,369 m

Was einen Durchmesser von 5,9667 km entspricht (Schwarzschildradiusx2)

Hier der normale Durchmesser der Sonne zum Vergleich: 1.392.520 km

Sie wäre also 233.381,94 mal kleiner als heute.

Der Durchmesser der Erde zum Vergleich: 12.756 km

Sie wäre 2137,67 mal kleiner als unsere Erde.

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