Schwarze Löcher

Eine kurze Geschichte der Massemonster

Sie gelten als die Monster des Universums: Schwarze Löcher.
Alles, was Ihnen zu nahe kommt, wird zerrissen und verschwindet auf Nimmerwiedersehen in ihrem gefräßigen Schlund. Eine kurze Geschichte über die exotischsten Objekte im Kosmos.

Unsichtbare Objekte am Nachthimmel

Ein Fingerhut großes Schwarzes Loch

Unsere Erde müsste zur Größe eines Fingerhuts zusammengedrückt werden, um zu einem zu Schwarzen Loch zu mutieren. Entkommen ihr bei jetziger Größe noch Raketen, die eine Fluchtgeschwindigkeit von 11,2 Kilometer pro Sekunde besitzen, wäre dann selbst das Licht nicht schnell genug, um ihrer ungeheuren Anziehungskraft zu entfliehen. Damit sind die Massemonster also die schwärzesten Dinge, die man sich vorstellen kann. Ihre großen Brüder im All vereinen aber nicht nur wenige Erdmassen, sondern gleich wenige bis hin zu Milliarden Sonnenmassen in sich.

Wie es in einem solchen Schwarzen Loch aussieht weiß bislang keiner. In der so genannten Singularität ist seine Dichte unendlich hoch und bei solchen Extremen brechen die üblichen Gesetze der Physik zusammen. Auch wenn diese letztlich erst zu ihrer Entdeckung führten: Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagte sie vorher. Philosophiert haben sollen Wissenschaftler allerdings schon Ende des 18. Jahrhunderts über „dunkle Sterne“. Erst in den vergangenen zwanzig Jahren fanden Astronomen dann auch tatsächlich die ersten Hinweise auf sie am Himmel. Eine direkte Beobachtung ist natürlich nicht möglich – schließlich sind die Schwarzen Löcher selbst unsichtbar am Nachthimmel.

Die von der extremen Schwerkraft eines Schwarzen Lochs angezogene Materie sammelt sich in einem Ring, der Akkretionsscheibe. Zwar verschwindet ein Teil der Materie unwiderruflich im Schwarzen Loch – doch ein ebenso großer wird wieder herausgeschleudert

Die von der extremen Schwerkraft eines Schwarzen Lochs angezogene Materie sammelt sich in einem Ring, der Akkretionsscheibe. Zwar verschwindet ein Teil der Materie unwiderruflich im Schwarzen Loch – doch ein ebenso großer wird wieder herausgeschleudert

Stellare Schwarze Löcher am Ende eines Sternenlebens

Verschlingen sie allerdings gerade Staub und Gas, verraten sie sich: Bevor die Materie für immer hinter dem so genannten Ereignishorizont verschwindet – jener Grenze, ab der eine Flucht unmöglich ist – sammelt diese sich zunächst in einem rotierenden Gürtel um den Schlund. Dabei heizt sie sich auf mehrere Millionen Grad auf und beginnt im Röntgenlicht zu leuchten. Diese Strahlung können Wissenschaftler dann in ihren Teleskopen beobachten und auf diese Weise auch mehr über den eigentlichen Protagonisten erfahren.

Sie nehmen an, dass sehr massereiche Sterne am Ende ihres Lebens zu Schwarzen Löchern kollabieren. Unsere Sonne ist dafür viel zu leicht – von ihr wird nur ein unspektakulärer Weißer Zwerg übrig bleiben, der langsam auskühlt. Erst wenn Sterne rund achtmal mehr wiegen als unser Zentralgestirn, können sie sich in ein derart kompaktes Objekt verwandeln. Vorher streifen sie im Zuge einer gigantischen Explosion ihre äußeren Hüllen ab und damit einen enormen Teil ihrer ursprünglichen Masse. Deshalb wiegen die resultierenden Schwarzen Löcher nur bis hin zu einigen zehn Sonnenmassen.
Ein stellares Schwarzes Loch, das Materie von einem Nachbarstern ansaugt

Ein stellares Schwarzes Loch, das Materie von einem Nachbarstern ansaugt

Supermassereiche Schwarze Löcher

Auch in der Milchstraße sollten sich laut Theorie viele solcher stellaren Schwarzen Löcher finden lassen. In einigen Doppelsternsystemen stießen Astronomen bereits auf Anzeichen von ihnen. Hier kreisen womöglich ein gewöhnlicher Stern und ein Schwarzes Loch umeinander, wobei letzteres seinem Begleiter ständig Materie abzieht und damit einen Ring aus leuchtender Materie um sich trägt. Auf dieselbe Weise kommen Forscher auch den Millionen bis Milliarden Sonnenmassen schweren Exemplaren auf die Schliche.

Die supermassereichen Schwarze Löcher befinden sich vermutlich in den Zentren von Galaxien. Auch unsere Milchstraße soll eines besitzen – verborgen hinter der etwa 25000 Lichtjahren entfernten Radioquelle Sagittarius A*. Aus den Bewegungen von darum kreisenden Sternen schätzen die Astronomen es auf rund vier Millionen Sonnenmassen. Entgegen seinem vernichtenden Ruf ist es nämlich durchaus möglich, dass Himmelskörper auf stabilen Bahnen um die mutmaßlichen Monster kreisen.
Denn ob Schwer- oder Fliegengewicht, Planet oder Stern - die Anziehungskraft ist stets proportional zur Masse und wird nicht etwa weitreichender, nur weil es sich um ein Schwarzes Loch handelt. Ein Satellit der in einer stabilen Umlaufbahn um die Erde kreist, täte dies also auch noch wenn sie zu einem Massemonster kollabiert wäre. Erst wenn Materie dem Schlund zu nahe kommt, ist sie tatsächlich verloren. Und im Fall von Sagittarius A* ist zum Glück der Astronomen noch Gas und Staub in Reichweite: Durch die um den Schlund kreisende Materie können sie die Ausdehnung des Objekts abschätzen. Masse und Größe führen dabei zu einer Dichte, die ein Schwarzes Loch sehr wahrscheinlich macht.

Im Gegensatz zu manch anderem Galaxienkern ist derjenige in unserer Galaxis aber relativ ruhig. Mancherorts saugen die supermassereichen Schwarzen Löcher die umgebende Materie anscheinend in viel extremeren Raten an. Zu diesen gierigen Exemplaren gehören beispielsweise die so genannten Quasare - ihre Leuchtkraft kann die der gesamten Sterne im dazugehörigen Sternsystem um ein Vielfaches übersteigen.
Kleine Schwarze Löcher, wie sie am LHC Speicherring in Genf entstehen könnten

Kleine Schwarze Löcher, wie sie am LHC Speicherring in Genf entstehen könnten

Schwer nachweisbare Hawkingstrahlung

Womöglich machen sich Schwarze Löcher aber auch noch auf eine subtilere Weise bemerkbar: Der Physiker Stephen Hawking hält es für möglich, dass sie einen geringen Teil ihrer Energie wieder in Form von Wärmestrahlung abgeben und damit doch nicht ganz so schwarz sind wie gedacht. Leider sagen seine Modelle auch voraus, dass diese so genannte Hawkingstrahlung enorm schwach und damit nur sehr schwer nachweisbar ist.

Mit dem Large Hadron Collider am Forschungszentrum CERN bei Genf könnte es allerdings gelingen. Bei den energiereichen Kollisionen von atomaren Teilchen bilden sich unter Umständen Schwarze Minilöcher in der Größenordnung von Elementarteilchen. Diese Prognose löste bei nicht wenigen Angst und Schrecken aus, würden sie doch möglicherweise die gesamte Erde verschlingen.

Doch Physiker beruhigen, denn vorausgesetzt die Hawkingstrahlung ist nicht nur blanke Theorie, ließe sie die Winzlinge im Nu wieder verdampfen. Die dabei entstehenden Partikel wären dann durch ein bestimmtes Verhalten im Detektor zu erkennen. Aber auch wenn die Minimonster nicht sofort verpuffen, ist die Welt noch nicht gleich verloren – bis dahin müssten noch einige weitere Notfallpläne versagen.
Trotz aller Horrorgeschichten bleiben Schwarze Löcher bislang nicht mehr als fiktive Geschöpfe, die noch viele unbeantwortete Fragen und Widersprüche um sich scharen – auch wenn vieles auf ihre Existenz hindeutet. Alternative Modelle von dunklen, kompakten Objekten finden bisher zwar wenig Anklang, doch ist das letzte Wort in dieser Angelegenheit sicherlich noch nicht gesprochen.

Maike Pollmann ist Astrophysikerin und Wissenschaftsjournalistin in Heidelberg