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Weltraumforschung

Schwarze Löcher: Wie gefährlich sind die mysteriösen Himmelsphänomene wirklich?

Schwarze Löcher sind selbst für die Forschung noch immer ein Mysterium. Doch wie entstehen sie eigentlich? Und welche Gefahr geht von ihnen aus?
Schwarze Löcher haben ihre eigenen Gesetze von Raum und Zeit.
Schwarze Löcher haben ihre eigenen Gesetze von Raum und Zeit. Symbolbild: jmexclusives/pixabay.com Foto: Gerd Altmann/Pixabay.com (Symbolbild)
  • Schwarze Löcher: 

Den Begriff „Schwarzes Loch“ hat vermutlich jeder schon gehört. In Nachrichten, Filmen oder Büchern wird immer wieder das größte Phänomen des Universums erwähnt. Doch nur wenige wissen, was ein Schwarzes Loch überhaupt ist und wie es entsteht. Es ist nämlich sowohl gefährlich als auch lebenswichtig. 

Bevor es zu Irritationen kommt: Ein Loch im eigentlichen Sinne, ist das „Schwarze Loch“ nicht, denn es hat laut aktuellem Forschungsstand einen Inhalt. Welcher das genau ist, dafür muss man die Entstehung eines Schwarzen Lochs verstehen. Jedes Schwarze Loch war, bevor es zu einem Schwarzen Loch geworden ist, ein Stern. So wie unsere Sonne, nur mehr als dreimal so schwer. Ein Stern leuchtet in der Regel ein paar Millionen Jahre. Solange, bis er keine Energie mehr hat und in sich zusammenfällt. 

Schwarze Löcher entstehen durch Schwerkraft 

Hat ein Stern etwa dreimal so viel Gewicht wie unsere Sonne, dann wird er zu einem Schwarzen Loch. Ist er leichter als das dreifache Gewicht unserer Sonne, entsteht ein Neutronenstern, auch „weißer Zwerg“ genannt. Bevor ein Stern zusammenfällt, wandelt er Energie um, bzw. gibt Energie ab. Im Falle der Sonne ist das enorme Hitze. Auf den Stern selbst wirken, während er Energie abgibt, zwei Kräfte. Einmal die Schwerkraft und einmal der sogenannte „Strahlungsdruck“. Die Schwerkraft wirkt auf den Stern ein, und würde den Stern ohne Gegendruck zusammendrücken. Der Strahlungsdruck wirkt der Schwerkraft genau entgegen und würde ohne Gegendruck dafür sorgen, dass sich die Sonne immer weiter ausdehnt. Beide Kräfte wirken gleichermaßen, so bleibt der Stern in seiner Form.

Ist die Energie eines Sterns jedoch nach Millionen von Jahren aufgebraucht, wirkt irgendwann nur noch die Schwerkraft. Dann wird der Stern in Bruchteilen einer Sekunde zusammengedrückt. So entsteht ein Schwarzes Loch. Dabei würde aus einem Stern mit der zehnfachen Masse unserer Sonne ein Schwarzes Loch mit einem Durchmesser von 60 Kilometern entstehen. Zum Vergleich: Die Sonne hat eine Masse von einer Quintilliarde und 989 Quintillionen. Eine Zahl mit 30 Nullen.

Die Gravitationskraft drückt im Moment, in dem der Strahlungsdruck ausbleibt, alles in den Stern Mittelpunkt. Experten nennen diesen Vorgang „Supernova“. Würde ein Stern von der Größe unserer Erde zusammenfallen und zu einem Schwarzen Loch werden, was nicht möglich ist, wäre es kleiner als ein Kubikzentimeter.

Raum und Zeit sind relativ 

Je mehr Masse ein Schwarzes Loch hat, desto stärker ist auch seine Anziehungskraft. Die ist so stark, dass sie alles um sich herum einsaugt. In einem Schwarzen Loch würden Sterne, Planeten und sogar Licht verschwinden. Einmal im Schwarzen Loch eingeschlossen, kann nichts mehr daraus entweichen - auch Licht nicht. Und da kein Licht rauskommt, nehmen wir alles um das Schwarze Loch als „schwarz“ wahr.

Wichtig zum Verständnis: Die Annahme von „Raum“ und „Zeit“ passt nicht wirklich auf die Schwerkraft, und schon gar nicht auf Schwarze Löcher. Es gilt die bekannte Relativitätstheorie für Raum und Zeit. Stellt man sich das Universum als Bereich vor, würde sich der Raum unter der Masse, wie der Erde, biegen

Bei Schwarzen Löchern dagegen würde sich der Raum nicht biegen, er wäre schlicht nicht mehr da. Mit Schwarzen Löchern entsteht im Universum also ein Bereich mit gänzlich neuen Regeln. Da dieser Bereich so komplex ist, kann auch bislang kein Wissenschaftler und keine Wissenschaftlerin mit Sicherheit sagen, wie es genau in einem Schwarzen Loch aussieht, weil nichts das Schwarze Loch mehr verlassen könnte. 

Darum leuchtet der Raum um das Schwarze Loch

Wie die Erde um die Sonne kreist, kreist Masse um Schwarze Löcher. Ein Schwarzes Loch kann Gas aus seiner Umgebung oder Begleitsternen anziehen und dann einen Teil der Gravitationsenergie des einströmenden Materials abstrahlen. Wegen der Zähigkeit kann das einströmende Gas auf eine sehr hohe Temperatur aufgeheizt werden. Beobachtungen deuten auf das Vorhandensein eines sehr heißen Plasmas mit einer Temperatur von einigen Milliarden Kelvin in den inneren Teilen des Stroms um das Schwarze Loch hin. Dadurch scheint der Raum um die Schwarzen Löcher zu leuchten. 

Könnte ein Mensch sich einem Schwarzen Loch nähern, gehen Forschende von einem extrem bizarren Erlebnis aus. Weil ein Schwarzes Loch eine so extrem starke Anziehungskraft hat, umkreist sogar Licht das Loch. Das liegt an der sogenannten Photonenspäre. „Eine Photonensphäre ist ein Ort, an dem die Schwerkraft so stark ist, dass sich das Licht im Kreis bewegen kann. Ein Photon könnte dementsprechend dafür sorgen, dass Licht vom Hinterkopf eines Menschen weg, einmal um das Schwarze Loch herumgezogen und dann von den Augen wahrgenommen werden. Die Folge: "Man könnte den eigenen Hinterkopf sehen", heißt es in einem Erklärungsversuch der NASA.  

Die Schwerkraft verändert auch den Lauf der Zeit selbst. Je stärker die Schwerkraft, desto langsamer vergeht die Zeit. Am Ort des Eintritts in das Schwarze Loch, dem sogenannten "Ereignishorizont", ist dieser Effekt am stärksten. Man selbst könnte beobachten, wie sich das Universum um einen herum zu beschleunigen scheint, während es für andere aussieht, als bewege man sich nur noch in Zeitlupe. Könnte man aus dem Schwarzen Loch wegfliegen, würde man feststellen, dass für den Rest des Universums tausende von Jahren vergangen sind - quasi eine Reise in die Zukunft. An dem sogenannten "Ereignishorizont" wird die Zeit unter dem Einfluss der Schwerkraft so verzerrt, dass für jede Sekunde, die man im Inneren des Lochs verbringt, unendlich viel Zeit zu vergehen scheint

Schwarzes Loch würde Menschen in dünnen Faden verwandeln

In der Realität ist kein Entkommen aus einem Schwarzen Loch möglich, da dafür eine Kraft und Beschleunigung höher als Lichtgeschwindigkeit notwendig wäre. Würde ein Mensch einem Schwarzen Loch zu nahekommen, würde ihn ein sehr qualvoller Tod erwarten. Durch die sogenannte „Spaghettisierung“ würde der menschliche Körper so stark auseinander gedehnt, bis nur noch ein dünner Faden aus extrem heißem Plasma übrig ist. Denn: Die Beschleunigung von Körpern ist nahe dem Ereignishorizont unendlich. Dieser extrem schmerzhafte Tod kann, abhängig von der Größe des Schwarzen Lochs, sogar sehr lange dauern

Dieser Effekt tritt deutlich wahrscheinlicher bei kleineren Schwarzen Löchern auf. Bei sehr großen Schwarzen Löchern könnte man das Eintreten in das Schwarze Loch vielleicht sogar überleben. Dann würde man sehen wie der Rest der Galaxie immer kleiner und kleiner wird, bis man letztlich durch die extrem starke Schwerkraft zerquetscht wird. Expertinnen und Experten gehen davon aus, dass alles, was von einem Schwarzen Loch zerquetscht wird, zu denselben Bestandteilen Materie zerdrückt wird. Egal, was es vorher einmal war. 

Manche Theorien, wie die Relativitätstheorie, können Schwarze Löcher jedoch gar nicht beschreiben oder erklären. Bei Umständen wie einer unendlichen Raumkrümmung oder einer nicht endlichen Dichte ergeben bekannte Naturgesetze keinen Sinn mehr. Der stärkste Punkt eines Schwarzen Punktes, die sogenannte „Singularität“ hat keine Oberfläche und kein Volumen. Sie wirkt quasi wie ein nicht berechenbarer Fehler. 

Mathematik funktioniert bei der Erforschung von Schwarzen Löchern nicht

Am Ende steht jedoch die Erkenntnis, dass es keine Beweise dafür gibt, wie es exakt in einem Schwarzen Loch aussieht und auch nicht dafür, was eine Singularität ist. Es wäre sogar möglich, dass die Singularität etwas ganz anderes ist, als aktuell angenommen wird. 

Für die Erde geht keine Gefahr von einem Schwarzen Loch aus. Dafür ist es zu weit von unserem Planeten entfernt. Außerdem haben Schwarze Löcher sogar eine wichtige Funktion. Forschende teilen die Annahme, dass Schwarze Löcher Galaxien in ihren Umlaufbahnen stabilisieren.