Das Rätsel der Schwarzen Löcher

Die Geschichte von der Entdeckung und Erforschung der wohl bizarrsten Objekte im Universum

Sie sind unsichtbar und reißen dennoch ganze Sterne in Stücke. An ihrer Grenze bleibt die Zeit stehen und im Inneren mancher von ihnen sammeln sich Milliarden von Sonnenmassen in nur einem Punkt. Was in ihnen verschwindet, wird nie wieder auftauchen und doch können sie verdampfen. Schwarze Löcher sind faszinierend, seltsam, unheimlich und mächtig. Ohne sie würde das Universum nicht so aussehen, wie wir es kennen

Das Weltall ist voller Superlative, die unsere Vorstellungskraft auf eine harte Probe stellen. In ihm finden sich Phänomene, die so seltsam und so schwer zu begreifen sind, dass wir aus dem Staunen nicht heraus kommen. Die bizarrsten Gebilde aber, die unser Universum zu bieten hat, dürften Schwarze Löcher sein. Schon der Name irritiert: Wie kann es in der Weite des Raums Löcher geben? Und wieso schwarz? Beides klingt nach Abwesenheit von etwas: Im ersten Fall nach einem Nichts, in dem etwas spurlos verschwindet, und im zweiten nach dem Fehlen von Sichtbarkeit. Und doch besitzen die rätselhaften Objekte von einem unvorstellbar viel: gigantische Mengen an Masse nämlich, mit denen sie sich durch ihre Schwerkraft bemerkbar machen und die Welt um sich herum beherrschen. 

Ein englischer Gelehrter sagte Schwarze Löcher bereits 1763 voraus

Angesichts ihrer seltsamen Eigenschaften ist es geradezu erstaunlich, dass Forscher überhaupt auf die Spur der Schwarzen Löcher kamen. Doch bereits vor mehr als 200 Jahren hat sich erstmals ein englischer Gelehrter über solche Gebilde Gedanken gemacht – und zwar anhand einer verblüffend einfachen Überlegung. Der an der Universität von Cambridge tätige Geologe und Astronom John Michell (1724–1793) wusste, dass die Anziehungskraft (Gravitation) eines Himmelskörpers jeden Gegenstand, den man von dessen Oberfläche wegwirft, wieder zu ihm zurückzieht – es sei denn, das geworfene Objekt überschreitet eine bestimmte Geschwindigkeit. Diese so genannte Fluchtgeschwindigkeit ist umso größer, je massereicher, zugleich aber kleiner (also kompakter) der Himmelskörper ist – je mehr Anziehungskraft er also hat.

Illustration eines extrem massereichen Schwarzen Loches, das Materie anzieht, sich zum Teil einverleibt und zum Teil als hell strahlenden Jet mit fast Lichtgeschwindigkeit ins All hinausschleudert
Illustration eines extrem massereichen Schwarzen Loches, das Materie anzieht, sich zum Teil einverleibt und zum Teil als hell strahlenden Jet mit fast Lichtgeschwindigkeit ins All hinausschleudert

Nun ist selbst die Geschwindigkeit des Lichtes nicht unendlich groß, hatte der dänische Astronom Olaf Römer bereits 1676 gezeigt und anhand von astronomischen Beobachtungen ganz gut abgeschätzt (heute wissen wir, dass sie im Vakuum 299.792 Kilometer je Sekunde beträgt). Daher folgerte Michell in einem Aufsatz aus dem Jahr 1783: Ein Stern mit einer genügend großen Masse, und entsprechend verdichtet, könnte eine derart starke Anziehungskraft entwickeln, dass es nicht einmal dem Licht mit seiner hohen Geschwindigkeit gelänge, ihm zu entkommen. Der Stern müsse deshalb vollkommen schwarz erscheinen. Mit dieser Idee von so genannten „Dunklen Sternen“ bewegte sich Michell wie auch etwas später Pierre Simon Laplace noch im Rahmen der Newtonschen Physik und sahen das Licht als einen Strom winziger Teilchen an. Den Begriff des Schwarzen Lochs prägte erst sehr viel später, 1967, John Wheeler, um jene obskuren Objekte zu bezeichnen, die nach den Vorstellungen der Allgemeinen Relativitätstheorie die Raumzeit so sehr verbiegen, dass aus ihnen nichts entweichen kann.

Eine seltsame Grenze namens „Ereignishorizont“

Schon Anfang des 20. Jahrhunderts aber lieferte Einsteins Theorie der Gravitation das theoretische Rüstzeug, um die Schwarzen Löcher und ihre merkwürdigen Eigenschaften zu beschreiben. Ein Schwarzes Loch ist – so schloss der deutsche Astronom Karl Schwarzschild 1916 – von einem Rand begrenzt, jenseits dessen es kein Zurück mehr gibt. Die Schwerkraft ist dort so ungeheuer groß, dass ein Lichtstrahl oder ein Stück Materie jenseits der Grenze für immer aus dem uns bekannten, beobachtbaren Universum verschwinden und ihr nichts entkommen kann. Der Wissenschaftler berechnete den Abstand dieser Grenze vom Zentrum des Schwarzen Lochs, den nach ihm benannten "Schwarzschild-Radius". Die Begrenzung selbst wird heute als "Ereignishorizont" bezeichnet.  

Doch damit nicht genug,. Da nach der Einstein‘schen Relativitätstheorie Energie, Masse, Raum und Zeit zusammenhängen, treten an dieser Grenze äußerst seltsame Phänomene auf. So verzerrt die Schwerkraft den Raum und die Zeit so sehr, dass das Licht am Ereignishorizont unendlich lange unterwegs ist. Die Zeit bleibt stehen und wird quasi zur Ewigkeit – zumindest für den außen stehenden Betrachter. Das Bild eines Astronauten, der in das Loch hineinstürzt, würde von außen gesehen auf dem Ereignishorizont "einfrieren". Für den Astronauten selbst jedoch würde die Zeit weitergehen und er könnte in das Innere des Schwarzen Loches fallen. 

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