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Welt der Wissenschaft: ASTROPHYSIK: Schwarze Löcher

Die Gravitation kann am besten mit Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie beschrieben werden. Diese Theorie sagt die Existenz extrem kompakter Objekte voraus, die seit Ende der 1960er Jahre als Schwarze Löcher Schlagzeilen machen. Seither haben die beobachtenden Astronomen zahlreiche Exemplare entdeckt –anscheinend gibt es im Weltall eine Vielfalt Schwarzer Löcher sehr unterschiedlicher Masse.
Albert Einstein (1879 – 1955) ist der Schöpfer der überaus erfolgreichen, vielfach experimentell bestätigten Relativitätstheorie. Mit dieser Theorie kam ein radikal neues Verständnis von Raum, Zeit und Materie auf (beziehungsweise von Masse und Energie). Aus Einsteins Forderung der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in allen Bezugssystemen folgt, dass Länge und Zeit zu relativen Größen werden. Es klingt verrückt, aber für einen Beobachter am Boden ticken Uhren in einem fliegenden Flugzeug langsamer als auf dem Flughafen, und sie ticken auch im Tal langsamer als auf hohen Bergen. Die Länge eines vorbeifliegenden Flugzeugs erscheint uns in Bewegungsrichtung um einen winzigen Bruchteil verkürzt gegenüber der Länge, die wir messen, wenn das Flugzeug vor uns parkt. Mittlerweile sind diese Effekte der zeitlichen Dehnung (oder Zeitdilatation) und räumlichen Verkürzung (oder Längenkontraktion) in unserem Alltag angekommen, denn Navigationssysteme wie das GPS müssen sie berücksichtigen, um die hohe Genauigkeit ihrer Positionsbestimmungen zu erzielen. Die Relativitätstheorie wurde viele Male erfolgreich getestet: von der Lichtablenkung im Schwerefeld der Sonne über die Drehung der Merkurbahn um ihren sonnennächsten Punkt, die Annäherung von Doppelsternen infolge ihrer Abstrahlung von Gravitationswellen, den Zug der rotierenden Raumzeit der Erde bis zum Nachweis der allermerkwürdigsten Objekte im Kosmos – der Schwarzen Löcher. Aus jeder Masse kann ein Schwarzes Loch werden. Aus jeder Masse wird ein Schwarzes Loch, wenn sie nur hinreichend kräftig zusammengequetscht wird. Das kritische Maß für dieses Zusammenquetschen ist der Schwarzschild-Radius, benannt nach dem deutschen Astronomen Karl Schwarzschild (1873 – 1916), der 1916 eine erste Lösung für die Feldgleichung der allgemeinen Relativitätstheorie (ART) veröffentlichte. Dies bedeutet: Schafft man es, die Sonne zu einer Kugel mit drei Kilometer Radius zu komprimieren, so wird sie zu einem Schwarzen Loch. Auch für die Erde (...) lässt sich sofort ausrechnen, dass sie, auf Murmelgröße (knapp zwei Zentimeter) zusammengequetscht, zu einem Schwarzen Loch würde. Das klingt unglaublich, und Sonne und Erde werden im Lauf ihrer Entwicklung auch nicht zu Schwarzen Löchern werden. Aber offenbar gelingt es der Natur, massereiche Sterne auf die Abmessungen einer Großstadt zu komprimieren und sie zu Schwarzen Löchern umzuformen. Wie macht sie das?

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