Phänomene der ART (Schwarze Löcher)

In diesem Blogeintrag werden wir Schwarze Löcher genauer unter die Lupe nehmen. Bestimmt hast du schon mal von diesen mysteriösen Objekten gehört, sei es entweder in Science-Fiction Filmen oder in populärwissenschaftlichen Artikeln. Hast du dich aber jemals gefragt was ein schwarzes Loch wirklich ist? Wie entstehen Schwarze Löcher überhaupt? Was befindet sich in einem Schwarzen Loch? Mit diesen Fragen befassen sich theoretische Physiker heute und zu manchen Fragen gibt es immer noch keine Antwort. Ich werde aber probieren dir heute eine kleine Einführung in das Gebiet der schwarzen Löcher zu geben. Vielleicht bist du der nächste der eine dieser Fragen beantworten kann.

Was ist ein Schwarzes Loch?
Wie im vorherigen Blogeintrag schon besprochen, ist Gravitation eigentlich nur die Krümmung von Raum und Zeit. Ein schwarzes Loch ist ein Objekt, dass den Raum so stark krümmt, dass nicht mal Licht mehr entkommen kann, deswegen auch der Name „Schwarzes Loch“. Um beispielsweise dem Gravitationsfeld der Erde zu entkommen, müsste man sich mit einer Geschwindigkeit von 11.2 km/s sich von der Erde wegbewegen. Dies nennt man auch die „Fluchtgeschwindigkeit“. Wenn man aber versucht dem Gravitationsfeld eines Schwarzen Loches zu entkommen, müsste man mit Überlichtgeschwindigkeit reisen. Die spezielle Relativitätstheorie sagt aus das, sich nichts mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen kann, deswegen kann niemand dem gravitativen Einfluss eines Schwarzen Loches entkommen.

Wie entsteht ein Schwarzes Loch?
Schwarze Löcher sind die auferstandenen Leichen massereicher Sterne. Damit ein Schwarzes Loch überhaupt entstehen kann, braucht es einen Stern, der mindestens das achtfache der Masse unserer Sonne aufweist. Im Kern der Sterne findet ein Prozess statt mit dem Namen „Kernfusion“. Unter Kernfusion versteht man die Verschmelzung leichter Atomkerne zu schweren Atomkernen. Dieser Prozess kann nur an Orten mit hoher Temperatur und grossem Druck stattfinden. Dabei wird Energie freigesetzt, vor allem in Form von Strahlungsenergie.

Auf einen Stern wirken zwei Kräfte. Die Gravitationskraft die nach innen wirkt und der Strahlungsdruck, der der Gravitationskraft entgegenwirkt. Wenn ein Stern anfängt im Kern Eisen zu fusionieren, dann ist der am Ende seiner Tage. Es herrscht kein Strahlungsdruck mehr, der der Gravitationskraft entgegenwirkt. Der Stern kollabiert in sich selbst. Ein Stern der Massereich genug ist, explodiert in einer gewaltigen Supernova. Die Überreste des Sternes „verwandeln“ sich entweder in einen Neutronenstern oder in ein Schwarzes Loch, dies hängt von der Masse ab.

Die gesamte Masse eines Schwarzen Lochs konzentriert sich in einem einzigen Punkt mit unendlich hoher Dichte und unendlich starkem Gravitationsfeld. Diesen Punkt nennt man auch Singularität.

Anatomie eines Schwarzen Lochs:

Relativistischer Jet: Wenn ein Schwarzes Loch Materie verschlingt, dann entstehen Gasströme.

Singularität: Die gesamte Masse eines Schwarzen Lochs konzentriert sich in einem einzigen Punkt mit unendlich hoher Dichte und unendlich starkem Gravitationsfeld. Diesen Punkt nennt man auch Singularität.

Akkretionsscheibe: Diese Scheibe dreht sich ständig um das Schwarze Loch herum und transportiert so Materie in das Schwarze Loch hinein. Ohne Akkretion kann die Materie das Schwarze Loch problemlos umkreisen. Wenn Materie verschluckt wird vom Schwarzen Loch setzt sie Energie in Form von Hitze und Strahlung frei.

Innerste stabile Umlaufbahn: Das ist die Umlaufbahn, die die Materie umkreisen kann, ohne in den Eventhorizont reinzufallen.

Ereignishorizont: Das ist der Punkt, an dem es kein Zurück mehr gibt. Was den Eventhorizont betritt verlässt in auch nicht mehr. Man kann den Radius des Eventhorizonts mit dieser Formel berechnen.

Wobei R der Schwarzschild Radius ist. G die universelle Gravitationskonstante. M ist die Masse des Körpers die zu einem Schwarzen Loch komprimiert werden soll. c stellt die Lichtgeschwindigkeit dar.

Photonensphäre: Es ist die perfekte Umlaufbahn für Photonen um das Schwarze Loch, aber er ist instabil.

Im nächsten Blogeintrag werden wir uns wahrscheinlich die Einsteinschen Feldgleichungen anschauen. Vielleicht werden wir aber zuerst noch über Gravitationswellen sprechen, ich weiss es noch nicht. Bis zum nächsten mal!