Schwarzes Loch

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Extrem Masse reiche Sterne erreichen am Ende ihres Lebens einen Zustand, den man „Schwarzes Loch“ nennt. Solche Sterne sind um ein vielfaches größer als unsere Sonne. Im Innern eines jeden Sterns laufen Kernfusionsprozesse ab, ähnlich wie in thermonuklearen Waffen, etwa bei einer Wasserstoffbombe. Der Kern eines Wasserstoffatoms besteht aus nur einem Proton. Bei der Kernfusion, vereinigen sich die Kerne von vier Wasserstoffatomen zu einem Heliumatom. Dieses hat im Kern zwei Protonen und zwei Neutronen. Zwei Protonen werden bei diesem Fusionsprozess also zu Neutronen. Diese haben eine ganz geringfügig kleinere Masse als Protonen. Diese winzig kleine Massendifferenz wird in Form von Energie abgegeben. Man mag sich wundern, dass ein Stern dennoch so viel Energie produziert, aber E=mc²: Um die Energiemenge zu bestimmen muss man sie Masse mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit multiplizieren – einer ziemlich großen Zahl. (ca. 89 Mrd.) Deswegen wird bei Kernfusionsprozessen so viel Energie frei.

Bei einem solchen Vorgang entsteht ein enormer Druck. (Ein großer Teil der Zerstörung bei thermonuklearen Waffen wird durch die Druckwelle verursacht.) Im Innern eines Sterns herrscht also ein enormer Druck, der nach außen wirkt. Unser Stern hat aber auch eine sehr große Masse, was mit großer Gravitation verbunden ist. Diese Gravitationskräfte wirken nach innen, auf den Zentrum des Sterns. So lange der Stern lebt, also die Kernfusion aufrechterhalten bleibt, halten sich der nach außen wirkende Druck und die nach innen wirkende Gravitation in der Wage. Wenn der Brennstoff der Sterns zur Neige geht, hört die Kernfusion langsam auf. Der Druck sinkt ab und das Gleichgewicht dieser Kräfte destabilisiert sich: der enormen Gravitation wirkt nichts mehr entgegen. Die Folge ist, dass die Dichte des Stern immer höher wird. Die Atome rücken enger und enger im Zentrum des Sterns zusammen. Dieser Prozess geht letztendlich soweit, dass das Volumen des Sterns punktförmig wird, obwohl seine Masse konstant bleibt. Letztendlich entsteht eine Form von Materie, deren Dichte unendlich groß ist. Im kugelförmigen Raum, der diesen Punkt (oder auch Singularität) umgibt herrschen unendliche Gravitationskräfte. Das bedeutet, dass ein Objekt, das einmal von diesen Gravitationskräften erfasst wird, ihnen nicht mehr entkommen kann, auch nicht ein Raumschiff, dessen Antrieb das Schiff theoretisch auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen könnte. Die Grenze, ab der ein Objekt den Gravitationskräften nicht mehr entkommen kann, heißt Ereignishorizont. Alles, was diesen Horizont einmal durchquert hat, kann nicht mehr zurück. Wenn ein Stern dieses Stadium erreicht hat, nennt man ihn Schwarzes Loch.

Das Problem bei Schwarzen Löchern ist, dass man sie schwarz sind und man sie somit schlecht von der Schwärze des Weltraums unterscheiden kann. Wenn ein Lichtstrahl von der Oberfläche des Schwarzen Loches entweicht oder die Nähe des Schwarzen Loches passiert, dann wird er vom Schwarzen Loch sofort verschluckt. Da wird aber nur etwas sehen können, das Licht reflektiert, kann man ein Schwarzes Loch nicht sehen, weil es alles Licht verschluckt. Da ein Objekt mit unendlicher Gravitationskraft aber nicht gerade unauffällig ist, sondern noch in ziemlich großer Entfernung andere Objekte, z.B. Sonnen, Gasnebel etc. anzieht, kann man es indirekt doch sehen. Wenn ein riesiger Nebel spiralförmig um ein Zentrum kreist, kann man ja wenigstens den Nebel sehen. Wenn das Zentrum dieses Nebels dann eine schwarze Kugel ist, kann man sich relativ sicher sein, dass es sich hierbei um ein Schwarzes Loch handelt. Die Zeit erfährt in der Nähe eines Schwarzen Loches dieselben Effekte wie ein Raumschiff, das mit Lichtgeschwindigkeit fliegt. Man kennt vielleicht das Zwilligsparadoxon: Ein Zwilling bleibt auf der Erde, der andere fliegt ein paar Jahre in einem Raumschiff mit Lichtgeschwindigkeit und kehrt zurück auf die Erde. Sie stellen dann fest, dass der Zwilling auf der Erde erheblich älter geworden ist, als der Zwilling auf dem Raumschiff, obwohl beide den Eindruck haben, es sei die selbe Zeit vergangen. Diesen Effekt nennt man Zeitdilatation („Dehnung der Zeit“) und er tritt auch in der Nähe Schwarzer Löcher auf.

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