Schwarze Löcher & Co. / Einsteiger-Tour Teil 2: Schwarze Löcher

Für noch massivere Sterne kann sich im Anschluss an die Supernova-Explosion eine zusammenstürzende Zentralregion ausbilden, in der selbst die Entstehung der Neutronenmaterie den Kollaps nicht aufhalten kann. Ein Schwarzes Loch entsteht, genauer gesagt: ein stellares Schwarzes Loch, das ein bis zehnmal soviel Masse besitzt wie unsere Sonne. Von außen betrachtet ist dieses Schwarze Loch kein fassbares Objekt, sondern eine Raumregion, in die Materie zwar von außen hineinfallen, der aber nichts, was einmal hineingelangt ist, wieder entkommen kann. Grenze zwischen dieser Region und dem restlichen Weltall ist der so genannte Ereignishorizont oder Horizont. Im einfachsten Fall ist er wie eine Kugelöberfläche geformt, die im Raum schwebt. Was von außen durch diese Oberfläche tritt, kann sie nie mehr verlassen.

Von Schwarzen Löchern erreicht uns direkt kein Licht. Könnte man nahe genug herangelangen, würden sie sich allerdings dadurch bemerkbar machen, dass sie das Licht von dahinterliegenden Objekten ablenkten. Ein hypothetisches Beispiel zeigen die beiden folgenden Bilder. Das erste davon zeigt einen Ausschnitt des Sternenhimmels, wie ihn ein im Weltall schwebender Astronaut sehen könnte:

Blick ins All

Das nächste Bild zeigt denselben Ausschnitt, dieselben Sterne – nur, dass diesmal in 500 000 Kilometer Entfernung von dem Astronauten ein Schwarzes Loch mit einer Sonnenmasse schwebt:

Derselbe Blick ins All – mit einen Schwarzen Loch in 500 000 Kilometer Entfernung © W. Benger, AEI/ZIB

Das Licht der Sterne und Galaxien in der Bildmitte wird in Anwesenheit des Schwarzen Loches abgelenkt – das Erscheinungsbild eines dieser Objekte, das ist am auffälligsten, wird zu einer Art Ring verzerrt. Von diesem Ring abgesehen, der nur zustande kommt, weil Objekt und Schwarzes Loch relativ zum Beobachter sehr günstig angeordnet sind, ist das Schwarze Loch eher unauffällig.

So nahe wie für einen solchen Anblick nötig können die irdischen Astronomen einem Schwarzen Loch freilich nicht kommen, denn selbst das erdnächste stellare Schwarze Loch, das wir kennen, ist über tausend Lichtjahre von uns entfernt – und das ist vielleicht auch ganz gut so. Sie sind auf indirekte Zeichen angewiesen, aus denen sich die Anwesenheit eines Schwarzen Loches erschließen lässt. Schwarze Löcher üben auf ihre Umgebung einen starken Schwerkrafteinfluss aus, sei es, dass sie die Bahnen naher Sterne ablenken, sei es, dass sie das Gas eines benachbarten Sterns zu sich ziehen, das dann in Form einer Akkretionsscheibe auf das Schwarze Loch zustrudelt (und dabei typischerweise starke Röntgenstrahlung aussendet). Wann immer die Beobachtungen auf den Schwerkrafteinfluss eines sehr massiven, hochkompakten Objekts hindeuten, haben wir es aller Wahrscheinlichkeit mit einem Schwarzen Loch zu tun.

Aufgrund ihrer Kompaktheit und großen Masse sind Schwarze Löcher vielversprechende Quellen für Gravitationswellen. Die folgende Visualisierung einer Computersimulation zeigt (als Falschfarbenbild) Gravitationswellen, die bei der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher entstehen:

© S. Ossokine, A. Buonanno (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik), Simulating eXtreme Spacetimes Projekt, D. Steinhauser (Airborne Hydro Mapping GmbH)

Gut möglich, dass es sich bei den ersten Gravitationswellen, die hier auf der Erde nachgewiesen werden können, um Wellen von solch einem Verschmelzungsprozess stellarer Schwarzer Löcher handeln wird, oder um solche, die entstanden, als dasselbe Schicksal einen Doppelstern aus einem Neutronenstern und einem Schwarzen Loch ereilte.