Die beeindruckende Kraft von Schwarzen Löchern

Oftmals gelten Schwarze Löcher als bedrohliche Staubsauger im All, die Sterne, Planeten, Licht und Galaxien gnadenlos in sich hineinsaugen. Doch wie entstehen Schwarze Löcher und kann man sie mit einem Teleskop beobachten? Befindet sich ein solches Objekt vielleicht sogar in unserer Milchstraße?

Die Geburt eines Schwarzen Loches

Illustration – Foto von einem schwarzen Loch

Das Ende eines massenreichen Sterns kann die Geburtsstunde eines neuen Schwarzen Loches sein. Bei einer sogenannten Supernova, die den Endpunkt eines Sternenlebens markiert, wird der Wasserstoffvorrat in recht kurzer Zeit verbrannt. Sobald dieser Vorgang abgeschlossen ist, bricht der Stern letztendlich unter seiner eigenen Schwerkraft, auch Gravitation genannt, zusammen. Die damit einhergehende Entzündung des Sternenrestes hat eine eindrucksvolle Explosion zur Folge. Hierbei leuchtet der sterbende Stern Milliarden Mal heller als zuvor. Unter Umständen kann für einen kurzen Zeitraum sogar die Helligkeit einer ganzen Galaxie übertroffen werden. Bei der Explosion werden die einzelnen Schichten abgestoßen und in den Weltraum geschleudert. Diese sich weiter ausbreitenden Schichten werden zum Leuchten angeregt und können mit einem Teleskop beobachtet werden. Bei der Explosion werden unter anderem Röntgen- und Gammastrahlen freigesetzt. Aus dem Stern kann ein Pulsar, ein Neutronenstern oder eben ein Schwarzes Loch entstehen. Wenn zwei Sterne zusammenstoßen und sich deren Massen vereinen, kann die Überschreitung eines bestimmten Massewertes zu einem Kollaps des neuentstandenen Sterns führen. Auch bei dieser Fallkonstellation kann ein neues Schwarzes Loch entstehen. Es gibt verschiedene Klassen von Schwarzen Löchern mit spezifischen Entstehungsmechanismen, doch sind stellare Schwarze Löcher, die wie dargestellt durch einen Kollaps entstehen, am einfachsten zu verstehen.

Supermassereiches Schwarzes Loch im Universum

Die Beobachtbarkeit von Schwarzen Löchern

Schwarze Löcher gehören zu den bizarrsten Objekten im Universum und weisen keine Oberfläche aus, wie es bei Planeten oder Sternen der Fall ist. Vielmehr handelt es sich um ein besonderes Gebiet im Weltraum, in dem sich nach einem Kollaps eine enorme Menge von Masse auf einen unfassbar winzigen Raum konzentriert. Die Anziehungskraft dieses Gebietes ist derart stark, dass es sogar sichtbares Licht und andere elektromagnetische Wellen zu sich zieht. Gleichwohl Schwarze Löcher nicht unmittelbar betrachtet werden können, können die Auswirkungen auf benachbarte Sterne, Nebel und Galaxien gut beobachtet werden. Viele der faszinierenden Objekte sind von scheibenförmigen Materialansammlungen umgeben, die durch eine unermüdliche Erhitzung Röntgenstrahlung abgeben. Doch kann auch die Verbiegung von Lichtstrahlen bei der Ortung solcher Objekte behilflich sein. Sofern sich zwischen der Erde und einer fernen Galaxie ein Schwarzes Loch befindet, offenbart sich dem Betrachter ein verbogenes Lichtgebilde. Hintergrund der Beobachtung ist die Tatsache, dass das Licht von der Galaxie durch das Schwerefeld des Schwarzen Loches muss. Diese Ablenkung der Lichtstrahlen wird auch Gravitationslinseneffekt genannt. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass dieser Effekt auch dann beobachtet werden kann, wenn große Masseansammlungen wie Galaxienhaufen oder Galaxien im Weg sind. Bei der kinematischen Nachweismethode vermessen Astronomen die Bahnen von Sternen, die sich um ein mutmaßliches Schwarzes Loch bewegen. Wie Beobachtungen mit der Kamera CONICA beim Galaktischen Zentrum belegt haben, „tanzen“ die Sterne mit hohen Bahngeschwindigkeiten auf elliptischen Orbits um ein Schwarzes Loch herum. Wenn die Berechnungen ergeben, dass die Sternbewegungen auf eine enorm hohe Masse zurückzuführen sind, wird auf die Existenz eines Schwarzen Loches geschlossen. Bei dem eruptiven Nachweis wird über Geräte wie das Nuclear Spectroscopic Telescope Array festgestellt, wenn Sterne durch die Gezeitenkräfte von Schwarzen Löchern zerrissen werden und hierdurch nachweisbare Röntgenstrahlung freigesetzt wird.

Das Schwarze Loch in der Nachbarschaft

Nahaufmahme – Supermassereiches Schwarzes Loch

Grundsätzlich ist bei Schwarzen Löchern zu bedenken, dass sie sich letztendlich doch wie jedes andere Objekt im Weltraum verhalten, aber eben über eine außerordentliche Anziehungskraft verfügen. Wenn sich unsere Sonne in ein Schwarzes Loch mit gleicher Masse verwandeln würde, würde unser Planet es genauso umkreisen wie zuvor die Sonne. Das größte Schwarze Loch, welches von der Erde aus beobachtet werden kann, befindet sich im Mittepunkt unserer Milchstraße und trägt die Bezeichnung „Sagittarius A*“. Es hat einen Durchmesser von 25 Millionen Kilometern und ist vier Millionen Mal so schwer wie unsere Sonne. Die Wissenschaftler vermuten, dass es vor rund 13 Milliarden Jahren nahezu zeitgleich mit der Milchstraße entstand. „Sagittarius A*“ ist ca. 27.000 Lichtjahre von der Erde entfernt und wird als supermassereiches Schwarzes Loch (englisch supermassive black hole; SMBH) eingestuft. Bei derartigen Löchern ist die Entstehung im frühen Universum ein bisher ungelöstes Rätsel. Viele Wissenschaftler gehen allerdings davon aus, dass sie aus mehreren kleineren Schwarzen Löchern entstanden sind. Die Umgebung von „Sagittarius A*“ wird seit 1992 vor allem im infraroten Bereich fortlaufend untersucht. Hierbei wurden die Geschwindigkeiten und Umlaufbahnen von 28 Sternen vermessen. Mitunter die Speckle-Abbildungskamera SHARP I, der bildgebende Spektrograph Sinfoni und unterschiedliche Instrumente der europäischen Südsternwarte wurden für die Beobachtung bereits herangezogen.

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Bildnachweise: Beide sind von © PantherMedia. Beitragsbild von Dmitriy Usachov und das weitere Bild von Irina Dmitrienko.