Schwarzes Loch und Astronomisches Objekt: Unterschied zwischen den Seiten

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[[Datei:Black hole - Messier 87 crop max res.jpg|mini|hochkant=1.2|Aus Radioaufnahmen des [[w:Event Horizon Telescope|Event Horizon Telescope]] berechnete Darstellung, die das supermassereiche Schwarze Loch der Galaxie [[w:Messier 87|M87]] zeigt. Die schwarze Scheibe in der Bildmitte ist etwa 2,5-mal so groß wie der [[Ereignishorizont]] (Schwarzschild-Durchmesser ca. 38·10<sup>12</sup>&nbsp;m) des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum.<ref>{{Internetquelle |url=https://eventhorizontelescope.org/ |titel=Astronomers Capture First Image of a Black Hole |hrsg=[[w:Event Horizon Telescope|Event Horizon Telescope]] (EHT) |zugriff=2019-04-14 |sprache=en}}</ref><ref>[https://www.youtube.com/watch?v=eaIJ91BTdtQ Schwarze Löcher | Leben aus dem All] - Dokumentation auf [https://www.youtube.com YouTube]</ref>]]
#WEITERLEITUNG [[Objekt]]
[[Datei:Black Hole Milkyway.jpg|mini|hochkant=1.2|Simulation eines nichtrotierenden Schwarzen Lochs von 10&nbsp;[[Sonnenmasse]]n, wie es aus einer Entfernung von 600&nbsp;km aussähe. Die [[Milchstraße]] im Hintergrund erscheint durch die Gravitation des Schwarzen Lochs verzerrt und doppelt. Die Bildbreite entspricht einem Blickwinkelbereich von etwa&nbsp;90°.]]
 
Ein '''Schwarzes Loch''' ist ein [[Astronomie|astronomisches]] [[Objekt]], das in seiner unmittelbaren Umgebung eine so starke [[Gravitation]] erzeugt, dass weder [[Materie (Physik)|Materie]] noch [[Information]] (etwa Licht- oder Radiosignale) diese Umgebung verlassen kann. Nach der [[Allgemeine Relativitätstheorie|Allgemeinen Relativitätstheorie]] verformt eine ausreichend kompakte [[Masse (Physik)|Masse]] die [[Raumzeit]] so stark, dass sich ein Schwarzes Loch bildet. Außerhalb des sog. [[Ereignishorizont]]s verhält sich ein Schwarzes Loch wie ein normaler Massenkörper und kann von anderen Himmelskörpern auf stabilen Bahnen umrundet werden. Der Ereignishorizont erscheint von außen visuell als vollkommen schwarzes und undurchsichtiges Objekt, in dessen Nähe der dahinterliegende Raum wie durch eine [[w:Linse (Optik)|optische Linse]] verzerrt abgebildet wird.
 
== Forschungsgeschichte ==
 
Der Begriff „Schwarzes Loch“ ist erstmals [[1964]] in einem Bericht der Wissenschaftsjournalistin Ann Ewing über ein Symposion der [[w:American Association for the Advancement of Science|American Association for the Advancement of Science]] zu den verschiedenen Endstadien von Sternen nachgewiesen und wurde schließlich [[1967]] durch [[John Archibald Wheeler]] etabliert. Zu jener Zeit galt die Existenz der erst theoretisch beschriebenen Schwarzen Löcher zwar als sehr wahrscheinlich, war aber noch nicht durch Beobachtungen bestätigt. Später wurden zahlreiche Beispiele für Auswirkungen Schwarzer Löcher beobachtet, z.&nbsp;B. ab 1992 die Untersuchungen des supermassereichen Schwarzen Lochs [[w:Sagittarius&nbsp;A*|Sagittarius&nbsp;A*]] im Zentrum der Milchstraße im Infrarotbereich. 2016 wurde die Fusion zweier Schwarzer Löcher über die dabei erzeugten [[w:Gravitationswelle|Gravitationswelle]]n durch [[w:LIGO|LIGO]] beobachtet und 2019 gelang eine [[w:Very Long Baseline Interferometry|radioteleskopische]] Aufnahme eines Bildes des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie [[w:Messier 87|M87]].
 
Schon [[1783]] hatte der englische Naturphilosoph und Geologe [[John Michell]] (1724-1793) einen Einfluss der [[Gravitation]] auf das [[Licht]] vermutet und auch die Existenz von „Dunklen Sternen“ postuliert. Der Begriff verweist auf den Umstand, dass sich im Außenraum von hinreichend kompakten Massen oder Energieanhäufungen ein durch den '''Ereignishorizont''' ({{EnS|event horizon}}) charakterisiertes Raumgebiet bildet, in das Materie nur hineinfallen, aber nicht wieder hinausgelangen kann ''(Loch),'' und das auch eine [[elektromagnetische Welle]], wie etwa sichtbares [[Licht]], niemals verlassen kann und daher ''[[schwarz]]'' erscheint.
 
== Ereignishorizont und Schwarzschild-Radius ==
{{Hauptartikel|Ereignishorizont}}
 
Bei statischen Schwarzen Löchern mit einer ''zentralen Singularität'' bei <math>r = 0</math> ist der Ereignishorizont identisch mit dem sog. '''Schwarzschild-Radius''' <math>r_{\mathrm S}</math>. Mit der [[Gravitationskonstante]] <math>G = 6{,}673\;84\;(80) \cdot 10^{-11}\,\mathrm{{m^3}/{kg \cdot s^2}}</math> <ref name="CODATAbg">{{internetquelle |url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?bg |hrsg=National Institute of Standards and Technology |titel=CODATA Recommended Values |zugriff=17. Juni 2011}} Wert für die Gravitationskonstante in Basiseinheiten</ref> und der [[Lichtgeschwindigkeit]] <math>c=299\,792\,458\;\mathrm{m/s}</math> errechnet er sich wie folgt:
 
:<math> r_\mathrm{S} = \frac{2 \cdot G \cdot M}{c^2} = M \cdot1{,}485\cdot10^{-27}\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{kg}}</math>
 
Für die Masse der [[Sonne]] beträgt der Schwarzschild-Radius <math>2952\;\text{m}</math>, für die [[Erde (Planet)|Erde]] <math>9\;\text{mm}</math><ref name="scheck_354">Florian Scheck: ''[http://books.google.de/books?id=W6zYGcr2lb8C&pg=PA354 Theoretische Physik 3: Klassische Feldtheorie.]'' Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-23145-5, S.&nbsp;354. Online-Version bei Google Books. Abgerufen am 21.&nbsp;Februar 2012.</ref>
 
== Singularität ==
[[Datei:Blackhole.png|mini|Ein statisches schwarzes Loch mit seiner zentralen Singularität]]
Die sogenannte '''Singularität''' im Inneren des schwarzen Lochs ist jener Ort, an dem die [[Gravitation]] so stark wird, dass die [[Krümmung]] der [[Raumzeit]] [[Divergenz|divergiert]] und in diesem Sinn „unendlich“ ist. Die Frage, ob es auch '''nackte Singularitäten''' geben kann, d.h. Singulatitäten ''ohne'' Ereignishorizont, ist noch nicht geklärt.
 
Nach der [[Urknall]]theorie entstand unser ganzes [[Universum]] aus einer mathematischen Singularität. Zugleich entstanden dabei überhaupt erst [[Raum]] und [[Zeit]].
 
== Hawking-Strahlung ==
{{Hauptartikel|Hawking-Strahlung}}
 
[[Quantentheorie|Quantentheoretische]] Überlegungen von [[Stephen Hawking]] (1942-2018) zeigen, dass jedes Schwarze Loch dennoch auch Strahlung abgibt. Dies scheint im Widerspruch zu der Aussage zu stehen, dass nichts das Schwarze Loch verlassen kann. Jedoch lässt sich der Vorgang als Produktion von Teilchen/Antiteilchen-Paaren nahe am Schwarzschildradius deuten, bei dem eines der Teilchen ins Zentrum des Schwarzen Lochs fällt, während das andere in die Umgebung entkommt. Auf diese Weise kann ein Schwarzes Loch Teilchen abgeben, ohne dass etwas den Ereignishorizont von innen nach außen überschreitet. Die Energie für diesen ''Hawking-Strahlung'' genannten Prozess stammt aus dem Gravitationspotential des Schwarzen Lochs. Das heißt, es verliert durch die Strahlung an Masse.
 
Von außen betrachtet sieht es also so aus, als würde das Schwarze Loch „verdampfen“ und somit langsam kleiner werden. Den Teilchen der Hawking-Strahlung kann eine Wellenlänge und damit auch eine Temperatur zugeordnet werden. Diese Temperatur ist umgekehrt proportional zu der Masse des Schwarzen Lochs. Aus Sternen der [[Wikipedia:Hauptreihe|Hauptreihe]] entstandene Schwarze Löcher sind allerdings so kalt, dass sie nur sehr wenig Hawking-Strahlung abgeben. Ihre Temperatur ist deutlich niedriger als die Temperatur der [[Wikipedia:Hintergrundstrahlung|Hintergrundstrahlung]], was bedeutet, dass das Schwarze Loch mehr Energie und damit Masse aus der Wärmestrahlung des Universums aufnimmt, als es durch Hawking-Strahlung abgibt.
 
== Siehe auch ==
 
* {{WikipediaDE|Schwarzes Loch}}
* {{WikipediaDE|Ereignishorizont}}
 
== Literatur ==
 
* Kip S. Thorne: ''Gekrümmter Raum und verbogene Zeit'', Droemer Knaur, München 1996, ISBN 3-426-77240-X
* Stephen Hawking: ''[[Wikipedia:Eine kurze Geschichte der Zeit|Eine kurze Geschichte der Zeit]]'', rororo, 1991, ISBN 3-499-60555-4
* Stephen W. Hawking: ''Die kürzeste Geschichte der Zeit'', Rowohlt Tb., Reinbek bei Hamburg 2006, ISBN 3-499-62197-5
* Dominik Elsässer: ''Urknall, Sterne, Schwarze Löcher: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft des Universums'', Springer-Verlag 2019, ISBN 978-3-662-57912-1, eBook ISBN 978-3-662-57913-8
 
== Weblinks ==
 
* [https://www.youtube.com/watch?v=A8RPRN2964k Photo eines Schwarzen Lochs "mit" Hawking-Strahlungspunkt]
* [https://www.spektrum.de/frage/ist-das-universum-ein-schwarzes-loch/1756410#Echobox=1606719837?utm_source=pocket-newtab-global-de-DE Ist das Universum ein Schwarzes Loch?] Weblink
 
== Einzelnachweise ==
<references />
 
[[Kategorie:Schwarzes Loch|!]]
[[Kategorie:Astrophysik]]
{{Wikipedia}}

Version vom 31. März 2018, 09:57 Uhr

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