Astronomie

Schwarze Löcher: Wo die Schwerkraft außer Kontrolle geraten ist

Unter Der Kreislauf des Lebens“ wird beschrieben, wie Sterne geboren werden, sterben und wiedergeboren werden. Wir haben jedoch nicht besprochen, was mit dem Material geschieht, das nach der Zerstörung des Sterns übrig bleibt – dem Sternkern.

Circle beschrieb die Elektronenentartung und ihre Auswirkungen auf die Leistung von Sternen. Nachdem die Energie in einer Supernova freigesetzt wurde, übernimmt die Schwerkraft wieder die Kontrolle, aber dieses Mal können die Elektronenkräfte den Kollaps des Sternkerns nicht aufhalten.

Nach der Elektronenentartung gibt es zwei weitere Stufen und damit zwei weitere Möglichkeiten für den Sternkern. Wenn der verbleibende Kern 1,3-1,9 stellare Masseneinheiten beträgt, wird die Neutronendegeneration den Kollaps unterstützen und die Gravitationskräfte ausgleichen. Es wird kein weiterer Kollaps stattfinden und der Stern wird sich stabilisieren – ein Neutronenstern wird geboren.

Ein Restkern von mehr als 2,0 stellaren Masseneinheiten ohne Fusion führt zu einem leicht zu erklärenden, jedoch mysteriösen Phänomen, das als Schwarzes Loch bezeichnet wird (in diesem Artikel werden keine theoretischen Mikro-Schwarzen Löcher diskutiert). Nach Überschreiten der Elektronen- und Neutronendegeneration kollabiert der Kern unkontrolliert über den Schwarzschild-Radius (oder Ereignishorizont) hinaus und erzeugt das mysteriöse Schwarze Loch.

Laut einem internationalen Astronomenteam unter der Leitung von Dr. Eugene Churazov und Dr. Rashid Sunyaev und dem Weltraumforschungsinstitut in Moskau „glauben Astronomen, dass es Dutzende von Millionen aktiver Schwarzer Löcher gibt, die über den gesamten Weltraum verteilt sind…“

Was sind Schwarze Löcher?

Dr. Nicholas White, Direktor der Astrophysics Science Division am Goddard Space Flight Center der NASA, sagt: „…Schwarze Löcher sind eigentlich nur der evolutionäre Endpunkt massereicher Sterne.“ Alle schwarzen Löcher erfüllen den 1. und 2. Hauptsatz der Thermodynamik und sind daher leicht zu berechnen.

Es gibt drei Grundtypen von Schwarzen Löchern: Stellarmasse (2-20 Sonnenmassen), mittlere Masse (>1.000 Sonnenmassen) und supermassive Schwarze Löcher (Millionen-Milliarden Sonnenmassen). Unabhängig von der Größe des Schwarzen Lochs gibt es keine äußere Kraft, die die Gravitationskräfte vom Kollaps des Sterns abhält. Der Kollaps wird sich fortsetzen, bis eine Singularität erreicht ist. Dies ist ein Punkt, an dem das Volumen des Sternkerns gleich Null und seine Dichte unendlich ist. Die Gravitationskräfte sind so groß, dass Lichtphotonen dem Ereignishorizont nicht entkommen können und somit eine direkte visuelle Beobachtung der Singularität unmöglich ist.

Der Punkt ohne Wiederkehr

Schwarze Löcher haben mehrere einzigartige Eigenschaften, die für viele schwer zu verstehen sind: das Konzept der Photonensphäre, ein Ereignishorizont und, was noch schwieriger ist, dieser Punkt oder die Singularität.

Der Ereignishorizont ist nichts anderes als der Radius einer bestimmten Kugel. Der tatsächliche Radius einer bestimmten Kugel hängt von der Masse des Kerns ab. Der Ereignishorizont lässt sich leicht berechnen und liegt grundsätzlich bei der 3-fachen Sonnenmasse des Kerns in Kilometern. Ein Kern mit der 10-fachen Masse unserer Sonne ist ein Schwarzes Loch mit einer Masse von 10 Sonnenmassen und einem Schwarzschildradius von 30 km.

Die Photonenkugel ist der Punkt, an dem die Gravitationskräfte die Lichtphotonen in gleichem Abstand um das Zentrum des Sternkerns krümmen. Laut Dr. Robert Nemiroff, Professor für Astronomie und Astrophysik an der University of Pennsylvania und der Michigan Technical Universities, kann man in der Photonensphäre „… den Hinterkopf sehen“.

Die Photonensphäre in einem nicht rotierenden Kern beträgt das 3/2-fache des Ereignishorizontradius. Ein Kern, der 10-mal so groß ist wie unsere Sonne, ist ein Schwarzes Loch von 10 Sonnenmassen mit einem Schwarzschildradius von 30 km und einer Photonensphäre von 45 km.

Die Singularität ist ein Phänomen, dessen Erörterung den Rahmen dieses Artikels bei weitem sprengen würde. Was vor und an der Singularität geschieht, ist Gegenstand der Diskussion über die Stringtheorie. Es genügt zu sagen, dass die Singularität jenseits des Ereignishorizonts liegt, wo die Fluchtgeschwindigkeit des Lichts größer ist als die Gravitationskraft des Schwarzen Lochs. Ein Punkt, an dem die herkömmlichen Gesetze nicht mehr gelten und die Raumzeit verzerrt ist.

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