Geburt der Schwarzen Löcher aus Einsteins Theorie

Wo kommen Schwarze Löcher im Universum vor?

So wie der unsichtbare Partner im Sternsystem Cygnus X-I wahrscheinlich ein Schwarzes Loch enthält – dies war die erste Entdeckung (1970) dieser Sorte -, vermutet man auch, dass andere solcher sog. stellaren Schwarzen Löcher in der Größenordnung von Sonenmassen, in der Regel von mindestens 5 Sonnenmassen, im Universum existieren. Stellare Schwarze Löcher entstehen durch den Gravitationskollaps von genügend massiven Sternen am Ende ihres Lebens. Ein Stern kollabiert mehrfach während seines Lebens immer dann, wenn der jeweilige Brennstoff im Kern aufgebraucht wird. In den Fixsternen werden über den Prozess der Kernfusion leichtere Atomkerne zu schwereren verschmolzen. Am Anfang der Kette wie auch gegenwärtig in unserer Sonne werden Wasserstoffkerne zu Heliumkernen fusioniert. Der Strahlungsdruck, der durch die Reaktionen im Inneren entsteht, wirkt der Gravitationskraft entgegen, die den Stern immer weiter zusammenziehen will. Wenn aller Wasserstoff verbraucht ist und die Fusion zum Erliegen kommt, kollabiert der Stern, bis das nächste nukleare Brennen beginnen kann, die Fusion zu Kohlenstoff- und Sauerstoffkernen. So werden sukzessive immer schwerere Elemente aufgebaut bis zum schwersten stabilen Element Eisen. Am Ende der Sternentwicklung stehen Sterne mit einem inneren Bereich aus Eisen, in dem keine Fusionsprozesse mehr stattfinden können. Dann kollabiert der Stern weiter und kann entweder als weißer Zwerg enden oder über eine Supernovaexplosion explodieren, was einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch zurücklässt.

Abgesehen von diesen eher leichteren Schwarzen Löchern gibt es auch supermassive Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien mit wesentlich grösseren Massen von Millionen bis Milliarden Sonnenmassen. Die meisten Forscher gehen mittlerweile davon aus, dass sich im Zentrum jeder Galaxie, zumindest fast jeder, ein solches supermassives Schwarzes Loch befindet. Im Zentrum unserer eigenen Galaxie befindet sich z. B. ein Schwarzes Loch, das etwa 4 Millionen Sonnenmassen wiegt. Im Zentrum der aktiven Galaxie NGC4258 existiert sogar ein Schwarzes Loch von etwa 10 mal so großer Masse – von 39 Millionen Sonnenmassen. Der Nachweis dieses Schwarzen Lochs sowie dessen Massenbestimmung wurde durch die Entdeckung der Strahlung von Wasser-Masern (Maser steht für “Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation” und stellt das Äquivalent eines Lasers im Bereich von Radiowellen dar.) in den innersten Bereichen der Galaxie möglich. Im Gegensatz zu den stellaren Schwarzen Löchern, die durch Gravitationskollaps entstehen sollen, ist die Entstehung von supermassiven Schwarzen Löchern noch nicht geklärt. Eine der einfachsten Ideen geht davon aus, dass sich diese Objekte durch eine Verschmelzung von stellaren Schwarzen Löchern während der Evolution der Galaxie, in deren Zentrum sie sich befinden, entstanden sein könnten.

Schwarze Löcher in Miniaturform

Die zuvor beschriebenen Schwarzen Löcher besitzen Massen mehrerer bis Millionen oder Milliarden Sonnenmassen. Es wurden aber auch viel kleinere Schwarze Löcher als die bisher beschriebenen bereits theoretisch vorhergesagt, die eine Masse viel kleiner als eine Sonnenmasse besitzen. Auch solche Objekte könnten nicht durch Gravitationskollaps gebildet werden, weil sie unterhalb einer speziellen Grenzmasse von 1.4 Sonnenmassen liegen, die Chandrasekhar Grenze genannt wird. Solche Schwarzen Löcher, die auch primordiale Schwarze Löcher genannt werden, könnten sich in den Frühzeiten unseres Universums gebildet haben, als kurz nach dem Urknall die Temperatur und der Druck im Universum noch extrem hoch waren. Darüber hinaus könnten kleine Schwarze Löcher vielleicht auch im Labor erzeugt werden, wie einige Wissenschaftler glauben, so etwa in Teilchenbeschleunigern wie dem LHC am europäischen Kernforschungszentrum in Genf in der Schweiz, der im November 2009 seinen Betrieb wieder aufgenommen hat. Aufgrund der alle Materie verschlingenden Eigenschaft eines Schwarzen Lochs hat diese Vorhersage auch zur Prophezeihung von Weltuntergangsszenarien geführt. Allerdings würden solche vergleichsweise winzigen Schwarzen Löcher in kürzester Zeit wieder zerstrahlen. Stephen Hawking stellte in den 1970er Jahren Berechnungen an, mit denen er vorhersagte, dass Schwarze Löcher Strahlung abgeben, die nach ihm benannte Hawking-Strahlung. Je kleiner die Masse des Schwarzen Lochs, desto schneller zerstrahlen sie. Winzige Schwarze Löcher, die am LHC entstehen könnten, würden in Bruchteilchen einer Sekunde so wieder von der Bildfläche verschwunden sein.