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26. September 2022


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WELTJAHR DER PHYSIK: SCHWARZE LÖCHER

Ein Satellit, der in eine Erdumlaufbahn geschossen werden soll, benötigt eine Mindestgeschwindigkeit von 28.000 km/h. Ist die Trägerrakete zu langsam, fällt die Nutzlast zurück zur Erde. Je nach Geschwindigkeit kann ein Raumschiff von einer Kreisbahn in eine elliptische Bahn übergehen und somit nach oben steigen und später wieder in eine erdnahe Bahn fallen. Wird die Fluchtgeschwindigkeit von knapp 41.000 km/h erreicht, dann wandelt sich der Satellit in eine Raumsonde, es wird ein Kurs hinaus in das All eingeschlagen. Die Fluchtgeschwindigkeit hängt von der Masse des Himmelskörpers ab. Unser Mond hat beispielsweise eine geringere Fluchtgeschwindigkeit als die Erde.

Nach der Veröffentlichung der allgemeinen Relativitätstheorie stellte sich der deutsche Astronom Karl Schwarzschild (1873-1916) die Frage, ob es einen Himmelskörper geben könnte, der so schwer ist, dass die Fluchtgeschwindigkeit über der Lichtgeschwindigkeit liegt. Kurz vor seinem Tod legte er ein Konzept extrem dichter Sterne („Schwarze Löcher“) vor. Da im Schwarzen Loch die Fluchtgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit ist, kann kein Objekt entfliehen, auch kein Licht. Wird für das Schwarze Loch die Formel für die Krümmung der Raumzeit angewendet, dann schrumpft die Zeit, die ein außenstehender Beobachter misst, auf null. Im Schwarzen Loch tickt die Uhr zwar weiter, aber für die Außenwelt steht die Zeit still. Kein Wunder, dass die Theorie der Schwarzen Löcher ganze Heerscharen von Sciencefiction-Autoren in Verzückung versetzte.

Schwarzschild fand eine Formel, mit deren Hilfe sich der kritische Radius („Schwarzschild-Radius“) eines Sterns berechnen lässt. Wird beim Kollaps des Sterns dieser Wert unterschritten, entsteht ein Schwarzes Loch. Man multipliziert zweimal die Gravitationskonstante (G) mit der Masse des Sterns (m) und dividiert das Produkt durch die Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat (c2). Für die Sonne beträgt der Schwarzschild-Radius etwa drei Kilometer. Man müsste also die Sonne auf die Größe eines Berges zusammenpressen, um sie in ein Schwarzes Loch zu verwandeln. Für die Erde liefert die Berechnung die Größe einer Kirsche.

Inzwischen kennt man die kosmischen „Schrottpressen“, die derartige Kräfte entfalten. Alle selbst leuchtenden Sterne kollabieren, wenn ihre Energiereserven erschöpft sind. Auch unserer Sonne ist dieses Schicksal bestimmt. Sie wird eines Tages zu einem „weißen Zwerg“ schrumpfen. Besonders große Sonnen kollabieren und sprengen ihre äußere Hülle in Form einer Supernova ab. Der Gravitationskollaps setzt dabei derart titanische Energien frei, dass ein Schwarzes Loch entstehen kann – ein Monstrum, das alles verschluckt, auch Licht.

Der gelbe Hyperriese
Astronomie
Markarian 501
Schwarze Löcher (1997)
299792458
Spektrum der Wissenschaft

© 2005 Rudolf Öller, Bregenz


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Helden der Wissenschaft:
Harrison Schmitt
(*1935)
war der einzige gelernte Naturwissenschaftler, der (mit Apollo XVII) den Mond betrat. Dort sammelte er Gesteine, mit deren Hilfe die Entstehung des Mondes geklärt werden konnte.

Silvia liest

Rudolf Oeller:

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