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Decoded: Rätselhafte Schwarze Löcher

Was sind Schwarze Löcher? Und was passiert mit Sternen, die hineinfallen? Neue Technologien helfen Forschenden, die unsichtbaren Giganten zu verstehen. Was bekannt ist, zeigt das Video.
Was ist über Schwarze Löcher bekannt?

Schwarze Löcher sind dunkle Objekte im Weltraum, die die Wissenschaft seit Jahrhunderten faszinieren. Sie sind so schwer zu knacken wie ein unsichtbares Puzzle.

Schwarze Löcher verbergen sich hinter einer weiten Fläche, dem Ereignishorizont. Nichts, was ihn überschreitet, kommt jemals zurück. Selbst Licht kann der Gravitation eines Schwarzen Lochs nicht entkommen.

In seiner allgemeinen Relativitätstheorie beschäftigte sich Albert Einstein mit Gravitation: Massen erzeugen eine Krümmung in der Raumzeit. Die wird von Menschen als Schwerkraft wahrgenommen. Je massereicher ein Objekt ist, desto größer sind Krümmung und Schwerkraft. Im Zentrum Schwarzer Löcher krümmt sich die Raumzeit unendlich stark. Das ist mathematisch eigentlich unmöglich. Sie werden deshalb als »Singularität« bezeichnet – also als Orte, an denen die Gesetze der Physik und der Raumzeit nicht gültig sind.

© Scientific American/Spektrum der Wissenschaft
Schwarze Löcher, die unsichtbaren Giganten
Sie sind unglaublich anziehend, nicht einmal Licht kann Schwarzen Löchern entkommen. Bis heute geben die Massemonster zahlreiche Rätsel auf. Was bisher bekannt ist, zeigt das Video.

In ihrem Mittelpunkt sind Schwarze Löcher unendlich dicht. Sie vereinen also sehr viel Masse auf kleinstem Raum. Supermassereiche Schwarze Löcher haben den gleichen Durchmesser wie unsere Sonne, fassen aber das Milliardenfache ihrer Masse. Die kleineren stellaren Schwarzen Löcher bringen die dreifache Masse der Sonne auf minimalem Raum unter.

Wenn ein Stern mit dreimal mehr Masse als die Sonne stirbt, entsteht ein Schwarzes Loch. Seine fundamentalen Bausteine können ihn nicht mehr stabilisieren. Seine eigene Anziehungskraft wird zu stark – er fällt in sich zusammen. Es kommt zu einer Explosion, der Supernova. Übrig bleiben ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch.

Unzählige Sterne könnten zu Schwarzen Löchern kollabieren. Allein die Milchstraße enthält einige hundert Millionen stellare Schwarze Löcher und ein supermassereiches Schwarzes Loch in ihrem Zentrum, genannt Sagittarius A*. Was passiert mit all den Sternen und galaktischen Objekten, die in ein Schwarzes Loch fallen? Wohin verschwinden ihre Informationen?

Was genau ist ein Virus? Wie lernen Maschinen? Und was passiert in einem Schwarzen Loch? In der Videoserie »Decoded« von »Scientific American« und »Spektrum der Wissenschaft« entschlüsseln wir grundlegende Fragen aus Forschung und Wissenschaft.

See the English-language version at »Scientific American«.

Stephen Hawking sagte voraus, dass Schwarze Löcher um sich herum zufällig Teilchen ausstrahlen. Dadurch verdampfen sie langsam, bis sie nach Milliarden von Jahren verschwunden sind. Was aber passiert mit den Objekten, die jemals in sie hineingeraten sind? Enthält die abgegebene Hawking-Strahlung Quanteninformationen? Oder werden die Objekte in ein anderes Universum transportiert?

Zwei Fachbereiche suchen nach Antworten: Die Astronomie untersucht, ob Schwarze Löcher Informationen über den Ursprung des Universums enthalten. Und in der Quantenmechanik gilt, dass Informationen niemals verloren gehen können.

Neue Technologien machen Schwarze Löcher immer sichtbarer: Forscher messen Gravitationswellen von kollidierenden Schwarzen Löchern, machen Bilder von ihnen in weit entfernten Galaxien und untersuchen die Sterne in ihrer Nähe. Diese Entdeckungen helfen zu verstehen, was hinter dem Ereignishorizont liegt. Und sie fordern uns dazu auf, weiter daran zu forschen, wie unsere Welt funktioniert.

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