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Schwarze Löcher: Gefräßige Monster im All

Die Erde komprimiert auf die Größe eines Golfballs: So dicht sind Schwarze Löcher. Sie saugen Staub, Planeten und ganze Sterne in ihren Schlund. Mit modernster Technik sind Astronomen den gigantischen Vielfraßen auf der Spur.

© Imago-SciencePhotoLibrary

Sie sind die Staubsauger unseres Universums. Mit ihrer unglaublichen Schwerkraft dominieren sie die Zentren der Galaxien. Schwarze Löcher verschlingen ganze Sterne und trotzdem kann man sie nur schwer am Himmel beobachten.  Ein Schwarzes Loch ist so dicht zusammen gepresst, dass nicht einmal Licht aus seinem Gravitationssog entkommen kann – deshalb sind sie schwarz. Nur mit wissenschaftlichen Tricks können Astronomen diese gefräßigen Monster im All nachweisen.

Kein Lichtstrahl kann ein Schwarzes Loch verlassen – es scheint also unmöglich, es am Himmel zu entdecken. Aber die Schwerkraft, die ein Schwarzes Loch verursacht, zieht andere, sichtbare Objekte an. Wenn Astronomen also Sterne am Himmel entdecken, die sich um etwas Verborgenes bewegen, könnte der Grund ein Schwarzes Loch sein.

Geheimnisvolle Röntgenstrahlung

Anfang der 70er Jahre haben Astronomen ein ungewöhnliches Sternenpaar entdeckt: Hinter dem Namen Cygnus X-1 verbirgt sich ein Stern von etwa 33 Sonnenmassen, der um ein anderes, etwa halb so schweres Objekt kreist. Wissenschaftler vermuten, dass dieser zweite Körper ein Schwarzes Loch sein könnte. Das Besondere an diesem Paar: Das Schwarze Loch saugt von seinem Nachbarstern Gas an, das spiralenförmig auf den kosmischen Staubsauger zuwirbelt. Kurz bevor das Gas im Schwarzen Loch verschwindet, erhitzt es sich auf mehrere Millionen Grad und sendet dabei starke Röntgenstrahlen aus. Weil das einströmende Gas turbulent und ungleichmäßig um das Schwarze Loch wirbelt, schwankt auch die Röntgenstrahlung von Cygnus X-1. Für Astronomen war dies der erste eindeutige Hinweis, dass es Schwarze Löcher tatsächlich in unserem Universum gibt.

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Wenn wir eine Kugel in die Luft werfen, dann erreicht sie eine bestimmte Höhe und fällt zurück auf den Boden. Mit je mehr Kraft wir werfen, also je größer ihre Anfangsgeschwindigkeit ist, desto höher wird die Kugel in die Luft fliegen. Geben wir einem Objekt nun eine Anfangsgeschwindigkeit von 40.000 Kilometern pro Stunde, dann würde es nicht mehr auf die Erde zurück fallen. Man sagt, die Erde hat diese Fluchtgeschwindigkeit von 40.000 Kilometern pro Stunde.

Totaler Energieverlust

Licht bewegt sich mit mehr als 300.000 Kilometern pro Sekunde - immer mit der gleichen Geschwindigkeit. Wenn ein Lichtteilchen einen Stern verläßt, dann wird es nie langsamer. Um dem Gravitationsfeld eines Sterns zu entkommen, muss das Lichtteilchen einen Teil seiner Energie abgeben - und besitzt ab jetzt eine längere Wellenlänge.
 
Physiker haben berechnet, dass bei extrem dichten Objekten Lichtteilchen ihre gesamte Energie gegen die Schwerkraft aufbringen müssen. Die Folge: Die Lichtteilchen können diesen Körper nicht verlassen. Einen Körper, der so dicht ist, nennen Wissenschaftler ein Schwarzes Loch. Es erscheint - wie der Name schon sagt - komplett schwarz. Nur die Schwerkraft, die es auf andere Himmelskörper ausübt, verrät seine Präsenz.

Ein Schwarzes Loch ist also ein Körper, wo die Fluchtgeschwindigkeit größer ist als die Lichtgeschwindigkeit. Dies ist nicht abhängig von der Masse, sondern von der Dichte: Würde man die gesamte Masse der Erde auf die Größe eines Golfballs zusammenpressen, dann hätte man ein kleines Schwarzes Loch geschaffen.

Das Geheimnis der Galaxien

Als gigantische Spiralen wirbeln Galaxien durch das All. Mit modernen Teleskopen können Astronomen ihre Struktur genau untersuchen und dabei auch die einzelnen Bewegungen der Sterne messen. Dabei haben die Wissenschaftler festgestellt, dass die Sterne sich im Inneren einer Galaxie viel schneller bewegen, als sie vermutet hatten. Nur ein nicht sichtbares und extrem schweres Objekt könnte die Sterne in ihrer Bahn halten – ein Hinweis auf ein Supermassives Schwarzes Loch.
 
Supermassive Schwarze Löcher sind die allesfressenden Monster im Weltall: Extrem schwer und groß dominieren sie die Zentren von Galaxien. Das Schwarze Loch im Zentrum des Andromedanebels zum Beispiel wiegt 30 Millionen Sonnen – andere Galaxien besitzen sogar Schwarze Löcher von mehr als einer Milliarde Sonnenmassen. 
 
Der Einblick in das Zentrum unserer eigenen Galaxie ist schwierig. Staub behindert die Sicht dorthin, weil wir uns in der gleichen Ebene befinden. Doch mit Radioteleskopen und durch die Auswertung von Infrarotbildern gelang es im letzten Jahr einem internationalen Astronomenteam, konkrete Daten über das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße zu erhalten. Mit seinen 2,5 Millionen Sonnenmassen erscheint dieses Monsterloch noch relativ klein.
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