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Schwarze Löcher

Schwarze Löcher

Schwarze Löcher zählen wohl zu den am meist umstrittensten und geheimnisvollsten Objekten im Universum überhaupt, da sie sich unserer erklärbaren, physikalischen Welt nahezu vollständig entziehen. Der Grund dafür ist vor allem, dass uns jegliche Information aus ihrem Inneren für immer verborgen bleibt, weil nicht einmal Licht einem Schwarzen Loch entkommen kann. Die Informationsbarriere, also die Grenze innerhalb derer Licht von der Gravitation am Entweichen gehindert wird, bezeichnet man als Ereignishorizont oder auch Schwarzschildradius. Im Prinzip hat jedes massebehaftete Objekt im Universum (auch wir), einen Schwarzschildradius. Dieser liegt bei unserer Sonne bei drei Kilometern Durchmesser. Würde sie unterhalb dieses Radius schrumpfen, so könnte uns keine Information mehr aus ihrem Inneren erreichen, aus diesem Grunde wurde die Bezeichnung „Schwarzes Loch“ eingeführt.
Kollabiert ein Objekt unterhalb seines Schwarzschildradius, so spricht man auch von einer Singulartität. Dabei handelt es sich um einen physikalischen Zustand, dessen mathematische Beschreibung gegen unendlich geht, sich also einer rationellen physikalischen Beschreibung entzieht. Die Superstringtheorie bietet für diesen Zustand mittlerweile einen alternativen Lösungsansatz an, siehe hier!

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Da uns aus Schwarzen Löchern keine Informationen erreichen können, prägte John Archibald Wheeler auch den Begriff des No-Hair-Theorems, was letztlich bedeutet: Ein S.L. hat keine Haare, also keine individuellen Eigenschaften. Man kann es lediglich am Durchmesser seinesEreignishorizontes, seiner elektrischen Ladung und seines Drehimpulses klassifizieren. Jede weitere Information, beispielsweise um welches Ursprungsobjekt es sich gehandelt hat, bleibt uns verborgen.

Steven Hawking postulierte 1974, dass ein S.L., aufgrund bestimmter Quanteneffekte, die am Ereignishorizont auftreten, eine Temperatur haben muss. Laut Hawking besteht die Möglichkeit, dass sich am Ereignishorizont aus Quantenfluktuationen virtuelle Teilchenpaare bilden. Diese Teilchenpaare, die aus einem Materieteilchen und dessen Antipartner bestehen, würden im freien Raum unmittelbar wieder zerstrahlen. Am Ereignishorizont eines S.L. sieht die Sache allerdings etwas anders aus; hier können die enormen Gezeitenkräfte beide Partnerteilchen voneinander trennen, wobei ein VT in das S.L. gezogen wird und der Partner in den Raum entkommen kann, wonach er zu einem reellen Teilchen wird. Das S.L. hat also dem Vakuum Energie „gestohlen“, welche es ihm nun schuldet und in Form von Wärmestrahlung wieder abgeben muss. Eigentlich sollte man erwarten, dass sich die Energiebeträge, Masse und Strahlung dabei aufheben. Hawking hat allerdings berechnet, dass ein S.L. bei diesem Vorgang an Masse verliert.
Dies ist natürlich ein hochspekulativer Vorgang und weit davon entfernt, experimentell bewiesen werden zu können. Aus quantenphysikalischer Sicht heraus wäre es allerdings durchaus denkbar.
Die Konsequenz für Schwarze Löcher hieraus ist, dass sie keine unendliche Lebensdauer haben, sondern mit der Zeit zerstrahlen. Je kleiner ein S.L. ist, desto kürzer wäere dabei auch dessen Lebensdauer (siehe Abb. rechts).

Zum derzeitigen Stand der Technik gibt es also noch keine Möglichkeit ein Schwarzes Loch direkt zu beobachten. Manche Phänomene allerdings, die am Ereignishorizont auftreten, lassen Rückschlüsse auf dessen Existenz zu. Dazu zählt beispielsweise eine auffällig hohe Radialgeschwindigkeit von Sternen, die sich in der Nähe aufhalten und dabei in das Schwerkraftfeld geraten, wie wir es im Zentrum unserer Milchstraße beobachten können.
Zudem lassen sich aus allen Bereichen des Universums Gammablitzebeobachten. Die Quelle dieser Blitze könnten Objekte sein, die in Schwarze Löcher stürzen. Ein Teil der Masse zerstrahlt dabei am Ereignishorizontund setzt hochenergetische Gammastrahlung frei, die von Weltraumobservatorien, wie z.B. Chandra, beobachtet werden.

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