Das Geheimnis der schwarzen Löcher

Der Weltraum birgt viele Geheimnisse, die unerklärbar und mysteriös sind. So vermuten Wissenschaftler, daß es sogenannte “Schwarze Löcher” gibt, die unzählige Sterne ansaugen und vernichten.

 

Schwarze Löcher (Illustration links) sind in sich  zusammengestürzte Sterne, die nur wenige Millimeter Durchmesser haben können, jedoch eine unvorstellbare Masse besitzen !

Schon immer hat sie eine seltsame und mysteriöse Anziehungskraft auf die Menschen ausgeübt. Gemeint ist die Milchstraße, eine riesige Galaxis mit einer Ausdehnung von etwa 100.000 Lichtjahren (1 Lichtjahr = 9,5 Billionen Kilometer) in Form einer Ellipse (eines Ovals). Und je mehr wir Menschen über diese Ansammlung von Sternen und Planeten erforschen, um so verwirrender und unglaublicher sind die Ergebnisse, zu denen unsere Astronomen gelangen. So hat auf der Tagung der “Amerikanischen Astronomischen Gesellschaft” in Albuquerque (New Mexico, USA) ein internationales Wissenschaftlerteam Indizien dafür vorgelegt, daß im Mittelpunkt der Milchstraße ein sogenanntes “Schwarzes Loch” existieren soll. Wissenschaftler waren immer von der Existenz solcher “Schwarzen Löcher” ausgegangen, doch fehlten bislang eindeutige Beweise für die Existenz dieses Phänomens.

 

GEWALTIGE  KRÄFTE  !
Ein “Schwarzes Loch” ist - vereinfacht ausgedrückt - ein “sterbender” Stern. Der Himmelskörper fällt regelrecht in sich zusammen und zieht dabei aus seinem Umfeld alle Materie an, deren er habhaft werden kann. Am besten läßt sich dieses Phänomen mit einem überdimensionalen Staubsauger vergleichen, der seine gesamte Umgebung in sich einsaugt. Diese Anziehungskraft ist so groß, daß selbst winzigste Teilchen, die mit Lichtgeschwindigkeit (300.000 Kilometer pro Sekunde) durchs All rasen, dieser Anziehungskraft nicht entgehen. Und aus dieser Eigenschaft resultiert auch der Name “Schwarzes Loch”. Denn durch die enorme Dichte der Materie kann nicht einmal wieder Licht aus dem Loch entweichen.

 

UNVORSTELLBARE  TEMPERATUREN  !
Die “Schwarzen Löcher” sind deshalb auch mit herkömmlichen Teleskopen nicht zu erkennen. Man muß sich spezieller Radioteleskope bedienen, deren Strahlen von der Materie der “Schwarzen Löcher” reflektiert werden. Man kann sich ein “Schwarzes Loch” nicht wie ein Gewässer vorstellen, in das man einen Stein wirft. Denn die Sterne sind feurige Gasbälle. Angezogen von einem “Schwarzen Loch”entstehen auf der dem Loch abgewandten Seite des Sterns Gravitationsfelder (Schwerkraftfelder), die entgegengesetzt zur Anziehungskraft des Loches wirken. Dadurch wird der Stern praktisch so lange auseinandergezogen, bis er auseinanderreißt. In dem “Schwarzen Loch” sollen Temperaturen von bis zu 20 Millionen °C (im Vergleich: die Sonne ist 15 Millionen °C heiß) herrschen. Die Löcher ziehen mit ihrer enormen Anziehungskraft alles an und vernichten jede Materie. Die Erde würde in solch einem Loch innerhalb von einer 1/1000 Sekunde verglühen. Und ist allein das schon fast unvorstellbar, so gilt das noch mehr für die jüngsten Vermutungen des Wissenschaftlerteams. Sie sind nämlich inzwischen der festen Überzeugung, daß das “Schwarze Loch” in der Mitte der Milchstraße dabei ist, sich unser galaktisches System langsam, aber sicher einzuverleiben. Es ist deshalb auch nicht auszuschließen, daß eines fernen Tages (Wissenschaftler errechnen zur Zeit, wann) die Erde in diesem “Schwarzen Loch” verschwinden wird. Denn wir wissen heute, daß unser Sonnensystem sich in einer Randlage zur Milchstraße befindet. Wie viele “Schwarze Löcher” sich auf uns zubewegen und wie weit sie entfernt sind, kann nicht exakt festgestellt werden.

Das Zentrum unserer Galaxis, eines Systems von etwa 200 Milliarden Sternen, liegt etwa 30.000 Lichtjahre von der Erde entfernt, und deswegen nehmen wir Veränderungen am “Himmel” wahr, die sich in Wirklichkeit zum Beispiel zur Zeit der Neandertaler abgespielt haben - mit anderen Worten: Wir sehen Sterne an unserem Nachthimmel blinken, die in Wirklichkeit schon längst verglüht sind. Das
klingt unfaßbar, aber es ist die Realität. Unser Universum birgt viele Geheimnisse und Gefahren in sich. Wissenschaftler werden die Rätsel wohl niemals vollkommen klären können.

 
 

Ein massives "Schwarzes Loch".

 

GESCHICHTLICHES
Etwa um 1800 wies Laplace (der als erster die Nebularhypothese aufgestellt hatte) darauf hin, daß bei einem Objekt mit zunehmender Masse und Dichte auch die Schwerkraft an seiner Oberfläche und die Fluchtgeschwindigkeit immer weiter ansteigen. Es gebe Kombinationen aus Masse und Dichte, die zu einer so hoher Schwerkraft führten, daß die Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit erreiche oder sogar übertreffe. In diesem Fall könne von dem Objekt kein Licht mehr abgegeben werden. Damals erschien die Hypothese nur als müßige Spekulation, denn es war nichts bekannt, was auch nur annähernd schwer oder dicht genug gewesen wäre, um eine solche Situation herbeizuführen.

Doch im Jahre 1939, als Oppenheimer die Eigenschaften eines Neutronensterns ermittelte, wies er darauf hin, daß bei einem Neutronenstern, wenn er einmal mehr als die 3,2fache Sonnenmasse besitze, nicht einmal die Neutronen, aus denen der Stern besteht, der nach innen wirkenden Schwerkraft widerstehen könnten. Die Neutronen würden zusammenfallen, und nichts wäre stark genug, um der Schwerkraft Widerstand zu leisten, die somit einen totalen Kollaps zu einer Singularität, d.h. einem Punkt mit praktisch keinem Volumen, aber unendlich großer Masse und Dichte, bewirken würde.

Wie Laplace vorhergesagt hatte, wäre ein solcher “Superneutronenstern” nicht dazu in der Lage, Licht abzugeben. Man kann ihn sich als unendlich tiefes “Loch” im Weltraum vorstellen, in das zwar alles hineinfallen, aus dem aber nichts mehr herausfallen kann. Da nicht einmal Licht entkommt, schlug der amerikanische Physiker John Archibald Wheeler die Bezeichnung “Schwarzes Loch” vor - und der Name hat sich gehalten.

1970 jedoch wies der britische Physiker Stephen William Hawking darauf hin, daß Schwarze Löcher ganz langsam “verdampfen” können und deshalb keine absolut dauerhaften Objekte sind.
 

 

WIE ENTSTEHEN SCHWARZE LÖCHER  ?
Schwarze Löcher entstehen am wahrscheinlichsten dort, wo die Sterne sehr dicht gestreut sind, wo sie am häufigsten miteinander kollidieren und sich zu gewaltigen Massen verbinden, die kollabieren können. Daraus folgt, daß Schwarze Löcher möglicherweise im Zentrum von Kugelhaufen vorkommen, noch wahrscheinlicher aber im Zentrum der Milchstraße auftreten.

Der kleine Kern unserer Galaxis in Richtung Sternbild Schütze ist in der Tat so aktiv - d.h., er setzt soviel Energie frei, daß sich die meisten Astronomen ziemlich sicher sind, daß es dort ein Schwarzes Loch gibt, das eine Masse von vielleicht 100 Millionen Sternen hat.

Ein derartig massereiches Schwarzes Loch würde weiter anwachsen, weil es die Materie in der Umgebung und vielleicht sogar ganze Sterne verschlucken, sie sozusagen in einem Happen verschlingen würde. Es besteht jedoch keine Gefahr, daß in näherer Zukunft die gesamte Galaxis darin verschwindet. Wenn ein Schwarzes Loch in seiner Umgebung aufräumt, wird die Wahrscheinlichkeit weiterer Opfer
immer geringer.
 

 

EXISTIEREN SCHWARZE LÖCHER  ?
Das Problem ist nun: Wie läßt sich ein Schwarzes Loch beobachten, um festzustellen, ob es tatsächlich existiert? Da es keinerlei Photonen abgibt, kann man es nirgendwo im gesamten elektromagnetischen Spektrum erkennen. Material jedoch, das vom Gravitationsfeld des Schwarzen Loches eingefangen wird, umkreist dieses sehr schnell, verliert durch Kollisionen Energie und stürzt spiralförmig in das Schwarze Loch. Dabei werden Röntgenstrahlen frei, so daß wir überall, wo im Weltall Röntgenstrahlen ausgesandt werden, die Möglichkeit der Existenz eines Schwarzen Lochs zumindest vermuten können. Leider gibt es auch andere Vorgänge, die Röntgenstrahlen freisetzen können; dies allein eröffnet somit nur die Möglichkeit eines Schwarzen Lochs - nicht mehr. Selbst wenn wir also wissen, daß das Zentrum der Galaxis aktiv ist und viel Strahlung erzeugt, ist dies noch kein direkter Beweis für die Existenz eines Schwarzen Lochs.

Doch angenommen, ein Schwarzes Loch sei Teil eines Doppelsystems mit zwei eng beieinander stehenden Komponenten, wobei der Begleiter ein normaler Stern sein soll. Ein enges Doppelsystem, das aus einem Weißen Zwergstern und einem normalen Stern besteht, kann Novae hervorbringen. Man weiß auch von der Existenz enger Doppelsysteme aus zwei Neutronensternen; eine Untersuchung ihrer Bewegung ist zur Stützung von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie verwendet worden. Warum also sollte es kein enges Doppelsystem aus einem Schwarzen Loch und einem normalen Stern geben?

Falls so etwas existieren sollte, würde Materie von dem normalen Stern in das Schwarze Loch gezogen und sollte beim spiralförmigen Hineinstürzen Röntgenstrahlen freisetzen. Aufgrund der ungleichmäßigen Anziehung auf die Materie würde auch eine Menge und Intensität der Röntgenstrahlen unregelmäßig schwanken.
 

 

DIE RÖNTGENQUELLE
Im Jahre 1965 entdeckte man eine besonders starke Röntgenquelle im Sternbild Schwan (Cygnus), die als Cygnus X-1 bezeichnet wurde. Mit Hilfe einer Rakete, die Röntgenstrahlen nachwies, zeigte man, daß die von Cygnus X-1 emittierten Röntgenstrahlen unregelmäßig waren, was die Möglichkeit eines Schwarzen Lochs nahelegte.

Cygnus X-1 wurde sofort mit größter Sorgfalt untersucht; man entdeckte dabei, daß er sich in unmittelbarer Nachbarschaft eines großen, heißen blauweißen Sterns befand, der schätzungsweise etwa dreißigmal so schwer wie unsere Sonne war. Dieser Stern und die Röntgenquelle umkreisten einander, und aus der Position des Schwerkraftzentrums konnte man ableiten, daß die Röntgenquelle die fünf- bis achtfache Masse unserer Sonne zu haben schien. Da sie nicht zu sehen war, mußte sie ein verdichteter Stern von winziger Größe sein. Da sie andererseits für einen Neutronenstern zu klein war, mußte es sich um ein Schwarzes Loch handeln.

Dies war die bislang größte Annäherung an den direkten Nachweis eines Schwarzen Lochs. Mittlerweile akzeptieren die meisten Astronomen Cygnus X-1 als ein solches; sie sind sich sicher, daß Schwarze Löcher existieren und vielleicht sogar ziemlich häufig vorkommen.

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