Schwarze Löcher: Über "das dunkelste Geheimnis des Universums"

Schwarze Löcher sind Orte der Extreme. Die Materie ist in ihnen so stark komprimiert, dass nichts ihrer enorm hohen Anziehungskraft entkommt - selbst Licht nicht, was ihnen ihren Namen gab.

Erste Aufnahme eines Schwarzen Lochs (APA (AFP))

Auch Göran Hansson, Generalsekretär der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften, sagte zu den drei diesjährigen Physik-Nobelpreisträgern Roger Penrose, Andrea Ghez und Reinhard Genzel, sie hätten Licht in "das dunkelste Geheimnis des Universums" gebracht.
Als eine der ersten Lösungen der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein wurden Schwarze Löcher vom deutschen Physiker Karl Schwarzschild 1916 vorhergesagt. Allerdings zweifelte selbst Einstein an ihrer Existenz. Erst Penrose erbrachte 1965 den Nachweis, dass diese mysteriösen massereichen Gebilde tatsächlich generisch existieren.

Das Unsichtbare beobachten

Auch wenn sie selbst unsichtbar sind, lassen sich Schwarze Löcher beobachten: Sie verraten sich über die Materie, die sie verschlucken. Wegen der extrem starken Gravitationsunterschiede heizt sich Materie, die in ein Schwarzes Loch fällt, auf Millionen Grad Celsius auf und strahlt dann hell.
So konnten 2019 Astronomen das erste Bild dieses Phänomens präsentieren - die Aufnahme des extrem massereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der 55 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie Messier 87: ein leuchtender Ring mit einem schwarzen Zentrum. Zwei Jahre lang hatten die Experten Beobachtungen ausgewertet, für die sich acht Observatorien auf vier Kontinenten zum "Event Horizon Telescope" zusammengetan hatten. Bereits zuvor wurde 2016 die Fusion zweier Schwarzer Löcher über die dabei erzeugten Gravitationswellen durch das Gravitationswellen-Observatorium LIGO beobachtet.

Von XS bis XXL

Schwarze Löcher gibt es wohl in fast jeder Größe im Kosmos - von der einfachen Masse unserer Sonne bis zu Milliarden Sonnenmassen. Sie können zum Beispiel aus ausgebrannten Sonnen entstehen. Ein Stern mit mehr als der dreifachen Masse unserer Sonne kann am Ende seiner Existenz unter der eigenen Schwerkraft zu einem Schwarzen Loch zusammenstürzen.
Die Größe eines Schwarzen Lochs wird durch den sogenannten Schwarzschildradius - auch Ereignishorizont genannt - bestimmt. Dieser trennt den Bereich, der ein Entkommen ermöglicht von demjenigen, der dies nicht zulässt.

Auch wenn Schwarze Löcher unvorstellbar viel Masse besitzen, sind sie sehr klein. Ein Schwarzes Loch mit der Masse unserer Erde wäre beispielsweise nur so groß wie eine Kirsche.

Langsamer Zerfall

Schwarze Löcher existieren nicht ewig. In dem enormen Kraftfeld bilden sich nach den Gesetzen der Quantenphysik ständig spontan Paare von Teilchen und Antiteilchen, die nach Sekundenbruchteilen wieder zerstrahlen. Entstehen diese Teilchenpaare jedoch am sogenannten Ereignishorizont des Schwarzen Lochs, kann es vorkommen, dass ein Teilchen diesseits des Ereignishorizonts landet und dem Schwarzen Loch entkommt. Dieses Phänomen wurde vom britischen Physiker Stephen Hawking beschrieben.

Die Hawking-Strahlung sorgt dafür, dass ein Schwarzes Loch im Laufe der Äonen sehr langsam zerfällt. Je größer es ist, desto länger dauert dies. Ein Schwarzes Loch mit der Masse unserer Sonne bräuchte etwa hundert Billionen Trilliarden Mal das derzeitige Alter des Universums, um komplett zu zerfallen.