Autor

Weiß Stephan
Weiß Stephan

Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen

Stephan Weiß (28) studierte Physik mit Schwerpunkt Nichtlineare Physik und Geophysik an der Universität Bayreuth. Seinem Studium folgte ein 7-monatiger Forschungsaufenthalt am Weizmann Institute of Science in Rehovot (Israel). Seit Januar 2006 promoviert er am MPI für Dynamik und Selbstorganisation über thermische Konvektion.

Frage:

Wie entsteht ein Schwarzes Loch?

Antwort:

Eine der wichtigsten Entdeckungen der Menschheit war die Entdeckung des Gravitationsgesetzes durch Isaac Newton im Jahr 1665. Dieses Gesetz besagt, dass sich alle Körper, die eine Masse besitzen, gegenseitig anziehen. Um sie voneinander zu trennen, muss man ihnen Energie zuführen. Ein Stein, der beispielsweise von der Erdoberfläche senkrecht in die Höhe geworfen wird, wird durch die Gravitationskraft zwischen ihm und der Erde abgebremst, kommt bei einer gewissen Höhe zum Stillstand und fällt wieder zur Erde zurück. Die maximale Höhe des Steines wird durch seine Abwurfgeschwindigkeit bestimmt. Ist die Abwurfgeschwindigkeit groß genug, wird der Stein zwar immer weiter abgebremst, kommt aber nie zum Stillstand, da die bremsende Gravitationskraft mit zunehmender Entfernung von der Erdoberfläche ebenfalls kleiner wird. Man sagt, der Stein entflieht dem Gravitationsfeld der Erde. Die für die Flucht aus dem Gravitationsfeld eines massereichen Planeten oder Sterns nötige Geschwindigkeit steigt mit zunehmender Masse des Planeten oder Sternes und hängt ebenfalls stark vom Radius des stellaren Objektes ab. Im Fall der Erde beträgt eben jene Fluchtgeschwindigkeit ca. 11,2 km/s.

Schon vor über 200 Jahren erkannte Pierre Laplace, dass ein Stern so viel Masse besitzen kann, dass sich ein Körper schneller als das Licht bewegen müsste, um dessen Gravitationsfeld zu verlassen. Solche Sterne, deren Gravitationsfeld selbst das Licht nicht entfliehen kann, werden „Schwarze Löcher“ genannt. Alles, was sich diesen stellaren Objekten zu stark nähert, wird aufgesogen und kann ihnen nicht mehr entkommen. Wie entstehen nun Schwarze Löcher? In einem „brennenden“ Stern werden ständig ungeheure Mengen an Energie durch Kernreaktion frei. Diese Energie wirkt dem Gravitationsdruck entgegen und verhindert, dass der Stern unter seiner eigenen Gravitationskraft in sich kollabiert. Ist der gesamte Kernbrennstoff verbraucht, fängt der Stern tatsächlich an, sich unter seiner Schwerkraft zusammen zu ziehen und nimmt an Größe ab.

Dieser Vorgang wird erst dann gestoppt, wenn sich die Elektronen im Stern so nahe kommen, dass sie sich gegenseitig nicht mehr ausweichen können. Bei den meisten Sternen wird dadurch der drohende Kollaps gestoppt, und ein so genannter „Weißer Zwerg“ entsteht. Bei schwereren Sternen (ca. 1,9 Sonnenmassen) ist der Gravitationsdruck ungleich größer, und die Elektronen können diesen enormen Kräften nicht standhalten. Sie werden so stark mit den Protonen des Sterns zusammengepresst, dass sich durch Kernreaktion beide zu Neutronen vereinigen. Ein solcher Stern, der nur aus Neutronen besteht, wird Neutronenstern genannt. In diesen Sternen können sich die Neutronen nicht beliebig nahe kommen und verhindern deshalb einen weiteren Kollaps.

Bei Sternen mit mehr als dreifacher Sonnenmasse können selbst die Neutronen dem enormen Gravitationsdruck nicht mehr widerstehen, und der Stern kollabiert zu einem Schwarzen Loch, in dem seine gesamte Materie zu einem unkenntlichen Mus zusammengequetscht wird. Obwohl es sehr viele Sterne mit mehr als drei Sonnenmassen gibt, findet man jedoch relativ wenige Schwarze Löcher. Dies liegt daran, da große Sterne sehr viel Masse infolge ihres Lebens durch Abstrahlung und am Ende durch Super Novae-Explosionen verlieren und dadurch in der Regel letztendlich unterkritische Massen erreichen.

 
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