Schwarzes Loch

Was ist ein schwarzes Loch:

Ein schwarzes Loch ist ein Weltraumphänomen von sehr hohen Anteilen (normalerweise größer als die Sonne) und einer extrem kompakten Masse, was zu einem Gravitationsfeld führt, das so stark ist, dass weder Partikel noch Strahlung austreten können.

In Anbetracht der Tatsache, dass selbst Licht eingesaugt wird, sind Schwarze Löcher unsichtbar und ihre Existenz wird nur durch die Auswirkungen der Schwerkraft in ihrer Umgebung belegt, insbesondere durch die Veränderungen der Umlaufbahnen nahe Himmelskörper, die jetzt vom Schwarzen Loch angezogen werden.

Theoretisch könnte nur etwas, das sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, die größer als die Lichtgeschwindigkeit ist, dem Gravitationsfeld eines Schwarzen Lochs widerstehen. Aus diesem Grund ist es nicht möglich zu wissen, was mit der angesaugten Sache passiert.

Wie groß ist ein schwarzes Loch?

Schwarze Löcher gibt es in verschiedenen Größen. Von der Wissenschaft bekannte Minderjährige werden als ungeheure Schwarze Löcher bezeichnet und haben vermutlich die Größe eines Atoms, jedoch mit der Gesamtmasse eines Berges.

Mittlere schwarze Löcher (deren Masse bis zum 20-fachen der Gesamtmasse der Sonne beträgt) werden als stellar bezeichnet . In dieser Kategorie hat das kleinste entdeckte Schwarze Loch das 3, 8-fache der Sonnenmasse.

Die größten schwarzen Löcher, die katalogisiert werden, werden als Supermassiv bezeichnet, häufig im Zentrum von Galaxien. Im Zentrum der Milchstraße befindet sich beispielsweise Schütze A, ein schwarzes Loch mit einer Masse, die dem 4 Millionen-fachen der Masse der Sonne entspricht.

Bisher heißt das größte bekannte Schwarze Loch S50014 + 81, dessen Masse vierzig Milliarden Mal der Sonnenmasse entspricht.

Wie bilden sich Schwarze Löcher?

Schwarze Löcher werden durch Gravitationskollapsionen von Himmelskörpern gebildet. Diese Phänomene treten auf, wenn der Innendruck eines Körpers (normalerweise Sterne) nicht ausreicht, um seine eigene Masse zu erhalten. Wenn der Kern des Sterns aufgrund der Schwerkraft zusammenbricht, explodiert der Himmelskörper und setzt riesige Mengen an Energie in ein als Supernova bekanntes Ereignis frei.

Visuelle Darstellung einer Supernova.

Während der Supernova wird die gesamte Masse des Sterns in einem Bruchteil einer Sekunde in seinen Kern komprimiert, während sie sich mit etwa 1/4 der Lichtgeschwindigkeit bewegt (einschließlich der schwersten Elemente des Universums werden in diesem Moment erstellt).

Dann führt die Explosion zu einem Neutronenstern oder, wenn der Stern groß genug ist, wird ein schwarzes Loch gebildet, dessen astronomische Menge an konzentrierter Masse das oben erwähnte Gravitationsfeld erzeugt. Dabei muss die Fluchtgeschwindigkeit (Geschwindigkeit, die ein Teilchen oder Strahlung der Anziehungskraft widerstehen muss) mindestens größer sein als die Lichtgeschwindigkeit.

Arten von schwarzen Löchern

Der deutsche theoretische Physiker Albert Einstein formulierte eine Reihe von Hypothesen, die sich auf die Gravitation bezogen und als Grundlage für die Entstehung der modernen Physik dienten. Diese Reihe von Ideen wurde Theory of General Relativity genannt, in der der Wissenschaftler einige innovative Beobachtungen über die Auswirkungen der Schwerkraft von Schwarzen Löchern machte.

Schwarze Löcher sind für Einstein "Deformationen in der Raumzeit, verursacht durch die enorme Menge konzentrierter Materie". Seine Theorien förderten einen schnellen Fortschritt des Gebiets und ermöglichten die Klassifizierung der verschiedenen Arten von Schwarzen Löchern:

Schwarzschild schwarzes Loch

Die schwarzen Löcher von Schwarzschild sind solche, die keine elektrische Ladung haben und auch keinen Winkelimpuls haben, dh sich nicht um ihre Achse drehen.

Kerr Black Hole

Kerrs Schwarze Löcher haben keine elektrische Ladung, drehen sich jedoch um ihre Achse.

Reissner-Nordstrom Black Hole

Die schwarzen Löcher von Reissner-Nordstrom sind elektrisch aufgeladen, drehen sich jedoch nicht um ihre Achse.

Kerr-Newman Black Hole

Die Kerr-Newman-Schwarzen Löcher sind elektrisch aufgeladen und drehen sich um ihre Achse.

Theoretisch werden alle Arten von Schwarzen Löchern schließlich zu Schwarzschild-Löchern (statisch und ohne elektrische Ladung), wenn sie genug Energie verlieren und sich nicht mehr drehen. Dieses Phänomen ist als Penrose-Prozess bekannt . In diesen Fällen besteht die einzige Möglichkeit, ein schwarzes Loch von Schwarzschild von einem anderen zu unterscheiden, in der Messung seiner Masse.

Struktur eines schwarzen Lochs

Schwarze Löcher sind unsichtbar, da ihr Gravitationsfeld selbst für Licht unausweichlich ist. So hat ein schwarzes Loch den Anschein einer dunklen Oberfläche, von der nichts reflektiert wird, und es gibt keine Hinweise darauf, was mit den darin angesaugten Elementen geschieht. Durch die Beobachtung der Auswirkungen, die sie in ihrer Umgebung verursachen, strukturiert die Wissenschaft die Schwarzen Löcher im Ereignishorizont, der Singularität und der Ergosphäre .

Horizont der Ereignisse

Die Grenze des Gravitationsfeldes des Schwarzen Lochs, von dem aus nichts beobachtet wird, wird als Ereignishorizont oder als Punkt ohne Rückkehr bezeichnet .

Von der NASA zur Verfügung gestellte grafische Darstellung eines Ereignishorizonts, bei der eine perfekte Kugel beobachtet wird, von der aus kein Licht emittiert wird.

Obwohl es sich eigentlich nur um schwerkraftbedingte Konsequenzen handelt, wird der Ereignishorizont als Teil der Struktur eines Schwarzen Lochs betrachtet, da es der Beginn des beobachtbaren Bereichs des Phänomens ist.

Es ist bekannt, dass seine Form in statischen schwarzen Löchern perfekt kugelförmig und in rotierenden schwarzen Löchern schräg ist.

Aufgrund der Schwerkraftdilatation der Zeit führt der Einfluss der Masse eines schwarzen Lochs auf die Raumzeit dazu, dass der Ereignishorizont auch außerhalb seines Bereichs die folgenden Auswirkungen hat:

Für einen entfernten Beobachter würde sich eine Uhr in der Nähe des Ereignishorizonts langsamer bewegen als eine andere, die sich weiter entfernt befindet. Jeder Gegenstand, der in das Schwarze Loch gesaugt wird, scheint also langsamer zu werden, bis er mit der Zeit gelähmt zu sein scheint.
Für einen entfernten Beobachter würde das Objekt, das sich dem Ereignishorizont nähert, einen rötlichen Farbton annehmen, eine Folge des als Rotverschiebung bekannten physikalischen Phänomens, da die Lichtfrequenz durch das Gravitationsfeld des Schwarzen Lochs verringert wird.
Vom Standpunkt des Objekts aus würde die Zeit für das gesamte Universum mit einer beschleunigten Geschwindigkeit vergehen, während für sich die Zeit normal vergehen würde.

Singularität

Der zentrale Punkt eines Schwarzen Lochs, an dem sich die Masse des Sterns unendlich konzentriert hat, wird als Singularität bezeichnet, von der wenig bekannt ist. Theoretisch enthält die Singularität die Gesamtmasse des Sterns, der zusammengebrochen ist, zur Masse aller vom Gravitationsfeld gesaugten Körper addiert, jedoch ohne Volumen und Oberfläche.

Ergosphäre

Die Ergosphäre ist ein Bereich, der den Ereignishorizont in den rotierenden Schwarzen Löchern umgeht, in dem es einem Himmelskörper unmöglich ist, still zu stehen.

Nach Einsteins Relativitätstheorie zieht ein rotierendes Objekt jedoch die Raumzeit in die Nähe. In einem rotierenden Schwarzen Loch ist dieser Effekt so stark, dass ein Himmelskörper sich mit einer höheren Geschwindigkeit als die des Lichts in die entgegengesetzte Richtung bewegen müsste, um stationär zu bleiben.

Es ist wichtig, die Auswirkungen der Ergosphäre nicht mit den Auswirkungen des Ereignishorizonts zu verwechseln. Die Ergosphäre zieht keine Objekte mit dem Gravitationsfeld an. Alles, was mit ihm in Kontakt kommt, wird also nur in der Raumzeit verschoben und nur dann angezogen, wenn es den Ereignishorizont schneidet.

Stephen Hawking Theorien über Schwarze Löcher

Stephen Hawking war einer der einflussreichsten Physiker und Kosmologen des 20. und 21. Jahrhunderts, und Hawking löste unter seinen zahlreichen Beiträgen mehrere von Einstein vorgeschlagene Theoreme, die zu der Theorie beitrugen, dass das Universum in einer Singularität begann und die so genannte Theorie von Big Bang

Hawking glaubte auch, dass Schwarze Löcher nicht vollständig schwarz sind, sondern geringe Mengen an Wärmestrahlung abgeben. Dieser Effekt wurde in der Physik als Hawking-Strahlung bezeichnet . Diese Theorie sagt voraus, dass die schwarzen Löcher mit der freigesetzten Strahlung an Masse verlieren und in einem extrem langsamen Prozess abnehmen, bis sie verschwinden.