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SCHWARZE LÖCHER-WURMLÖCHER
Was ist ein Schwarzes Loch?
Schon im letzten Jahrhundert wurde bemerkt, daß sehr dichte Körper eine Fluchtgeschwindigkeit haben könnten, die die Lichtgeschwindigkeit übersteigt. Da deshalb das Licht nicht entkommen kann, erscheint dieser Himmelskörper wie ein schwarzes Loch im Weltraum. Ein schwarzes Loch ist ein implodierter Stern, ein Objekt mit der Masse des Sterns der allerdings mit einer derart veringerten Ausdehnung daß die Entweichungsgeschwindigkeit (jene v, die ein Körper aufbringen muß um, daß Gravitationsfeld eines anderen Objekts zu überwinden) größer als c sein muß. Laut der Allgemeinen Relativitätstheorie kann kein Körper sich mit v>c bewegen. Daraus folgt, daß nichts, das Licht eingeschlossen, das Gravitationsfeld dieses Körpers überwinden kann. Das Wirkungsfeld eines Schwarzen Lochs wird durch den Schwarzschildradius angegeben. Jedem Teilchen innerhalb dieses Umkreises ist es unmöglich ihn wieder zu verlassen. Auch elektromagnetische Strahlen können ein schwarzes Loch nicht verlassen.
Für die Entstehung eines schwarzen Lochs gibt es zwei Möglichkeiten: Ein schw. Loch entsteht beim Ableben eines Sternes mit einer Masse über 3 Sonnenmassen. Im normalen Zustand besteht ein Gleichgewicht zwischen der Eigengravitation und dem Innendruck (thermischer Druck, den die heißen Teilchen im Inneren auf die äußeren, kälteren Teilchen ausüben). Ist der Brennstoff (H) verbraucht erkalten die inneren Teilchen und der Druck nimmt ab. Dadurch gewinnt die nach innen wirkende Gravitationskraft die Oberhand und der Stern kollabiert. Der Stern wird bei gleichbleibender Masse immer kleiner und kleiner, theoretisch würde er dabei unendliche Dichte erlangen. Ein schwarzes Loch ist entstanden. Nur bei Sternen über 3 Sonnenmassen entsteht ein Schwarzes Loch, bei kleineren würde ein weißer Zwerg bzw. ein Neutronenstern entstehen.
Eigenschaften eines Schwarzen Lochs: Es ist unsichtbar, da auch das Licht das Schwarze Loch nicht mehr verlassen kann. Schwarze Löcher sind deshalb nur indirekt nachweisbar und daher können über ihre Eigenschaften nur Vermutungen angestellt werden. Allerdings sind diese theorethisch sehr gut begründet, daß man annimmt, daß sie weitgehend mit der Wirklichkeit über einstimmen. Ein schwarzes Loch- a Black Hole ist im eigentlichen Sinn kein Körper. Es ist mehr oder weniger ein leerer Raum in dem sich eine Singularität (Punkt in der Raumzeit mit unendlicher Raumzeitkrümmung und unendlicher Gravitation.) befindet. Im Gegensatz zu einem weißen Zwerg oder einem Neutronenstern besitzt es keine feste Oberfläche bzw. Grenzschicht. Lediglich der Schwarzschildradius bildet eine Begrenzung. Jedem Objekt ist es unmöglich diesen Umkreis wieder zu verlassen.Ein schwarzes Loch ist auch als Loch im Raum-Zeit-Gefüge anzusehen. Denn würde man in jedem Punkt des Raumes eine Uhr befestigen, würden sie unterschiedlich schnell gehen. Denn umso näher dem Schwarzen Loch desto langsamer vergeht die Zeit. Elektrische Ladungen, Drehimpuls und Magnetfelder bleiben erhalten, sofern sie schon vor dem Supernovaausbruch existent waren. Ebenso entsteht Strahlung, wenn Masse in den Horizont eintritt. Bis jetzt haben wir nur Newtons Vorstellung von Gravitation verwendet. Wenn wir nun die Relativitätstheorie anwenden, sehen wir, daß das schwarze Loch eigentlich viel mehr ist als bloß ein besonders dichter und schwerer Körper. Relativitätstheorie --zum Verständnis: Zeit und Raum sind relativ, die Lichtgeschwindigkeit ist absolut und begrenzt (ca. 300.000 km/s). Was auf den ersten Blick nicht sonderbar erscheint, ist bei genauerer Betrachtung ein Paradoxon. Es bedeutet nämlich: je schneller sich ein Körper bewegt, desto langsamer vergeht für ihn (relativ) die Zeit. Der zweite Teil des Grundsatzes sagt aus, dass zwei Lichtstrahlen, die aneinander mit 300 000 km/s vorbeirasen, relativ zueinander eben nicht die Geschwindigkeit von 600 000 km/s besitzen. Deshalb ist auch für alle Beobachter die Lichtgeschwindigkeit gleich, egal wie schnell sie sich selbst bewegen, sondern die Zeit und der Raum sind relativ. Diese Relativität der Zeit ist der Kern von Albert Einsteins Relativitätstheorie. Einstein fasste in der berühmtesten Formel des 20. Jahrhunderts zusammen: E = mc², also Energie eines Körpers = Masse x Lichtgeschwindigkeit². Die gesamte moderne Physik stützt sich darauf. Raum und Zeit existieren nicht getrennt, sondern zusammen als Raumzeit. Der gesamte (Welt-)raum wird durch Gravitationskräfte gekrümmt. Ein Modell zur Raumzeit: Der gesamte Weltraum lässt sich zweidimensional mit einer gespannten Plane aus Gummi vergleichen. Die dritte Dimension, also die Tiefe, ist bei diesem Modell die Zeit. Überall darauf verstreut liegen Kugeln (=Massen mit Gravitationskräften), die Senken in die Plane drücken. Deshalb wird dieser Effekt, durch den Massen die Raumzeit krümmen, Raumzeitkrümmung genannt. Die Relativitätstheorie ist aber nur eine abstrakte Theorie , die versucht, den Weltraum und alles, was damit zusammenhängt, besser verstehen zu können, die aber meistens nicht direkt durch Anschauung wie bei Newton (Mechanik) beweisbar ist. Auf der anderen Seite findet man viele Indizien für die Gültigkeit der Theorie. So wurden zwei sehr genau gehende Uhren verglichen, eine war mit einem Düsenjet geflogen, die andere stand auf der Erde. Die Uhr im Düsenjet ging etwas nach, womit praktisch bewiesen wurde, dass bei höherer Geschwindigkeit die Eigenzeit langsamer geht. Newton hatte 1670 definiert, dass die Trägheit der Masse unabhängig von ihrer Geschwindigkeit sei, sodass ein Körper theoretisch unendlich schnell werden konnte. 6 Jahre nach ihm versuchte ein gewisser O. Roemer die Lichtgeschwindigkeit zu messen, allerdings nicht sehr genau: Er kam auf 226 869 km/s. Zur Veranschaulichung der Relativitätstheorie: Nehmen wir an, ein Eisenbahnwagen bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit (was wegen dessen Masse und Trägheit praktisch unmöglich ist), und in der Mitte des Wagens befindet sich eine Lichtquelle, die Lichtstrahlen sowohl rückwärts als auch vorwärts aussenden kann. Weiterhin sollen die vordere und hintere Tür jeweils von dem Lichtstrahl geöffnet werden können. Von dem Beobachter im Zug aus gesehen, öffnen sich beide Türen gleich schnell, weil der Weg für beide Lichtstrahlen im Zug gleich ist (halbe Länge des Wagens). Für den Beobachter außerhalb des Zuges, also auf dem Bahndamm, öffnet sich aber die hintere Tür früher, da das Licht, von außen gesehen, eine kürzere Strecke zurücklegen muss, weil die Geschwindigkeit des Zuges noch dazugerechnet werden muss. Wie ist das möglich, wenn die Lichtgeschwindigkeit die höchstmögliche Geschwindigkeit ist und alle Beobachter die gleiche Geschwindigkeit messen müssen, egal wie schnell sie sich selbst bewegen? Geschwindigkeit wird mit Weg durch Zeit oder v = s / t beschrieben. Eine ruhende Person stellt fest, dass das Licht in einer Sekunde 300 000 km zurücklegt. Wenn sich eine Person aber bewegt, geht ihre Zeit langsamer, sodass für die sich bewegende Person das Licht in etwas mehr als einer Sekunde eine größere Strecke zurücklegt. Bei einer Geschwindigkeit von 1 000 km/s müßte das Licht, das von diesem Körper ausgesendet wird, von einem außenstehenden Beobachter mit 301 000 km/s gemessen werden. Das ist aber nicht möglich ist, weil nichts schneller als das Licht sein kann. Daher muss die Zeit für den Beobachter um soviel langsam laufen, dass er genau die gleiche Lichtgeschwindigkeit misst. Ein Beispiel: Eine Rakete düst mit 30 000 km/s durch den Weltraum. An ihrer Spitze ist ein Laser angebracht, der Licht nach vorne aussendet. Ein Beobachter in der Rakete mißt in einer Sekunde, dass dieser Lichtstrahl 300 000 km zurücklegt. Nun kommt das Raumschiff an einem (ruhenden) Planeten vorbei, auf dem eine Person ebenfalls die Geschwindigkeit des Laserstrahls misst. Sie würde eigentlich feststellen: v = 330 000 km (300 000 + 30 000) / s. Das ist unmöglich, also müssen für diese Person auf dem Planeten 1,1 Sekunden vergehen, wenn für den Raumfahrer 1 Sekunde vergeht: 330 000 km/1,1 s = 300 000 km/s. (Man kann z.B. ausrechnen, wie lang eine Sekunde ist, wenn man mit einem Raketenauto mit Tempo 1200 über die Autobahn rast: 1,00000000000185 s. Das zeigt, dass für irdische Verhältnisse diese Zeitveränderung nur marginale Auswirkungen hat. Je mehr man sich aber der Lichtgeschwindigkeit nähert, desto stärker wird die Zeitdifferenz, bis schließlich bei Lichtgeschwindigkeit keine Zeit mehr existiert.) Das alles ist schwer vorstellbar, wenn man die Geschwindigkeiten auf der Erde als Bezug sieht. Zwei Autos, die mit 100 km/h frontal gegeneinander fahren, haben schließlich die gleiche Aufprallwucht wie ein Auto, das mit 200 km/h gegen eine Wand fährt, aber diese mechanischen Gesetze von Newton gelten nicht mehr uneingeschränkt seit Einsteins Relativitätstheorie.
***** Erkenntnisse durch Hawking:***** : Zu der Zeit, als Hawking in Cambridge am DAMTP in Dennis Sciamas Forschungsgruppe seine Dissertationsarbeit schrieb, entwickelte der britische Mathematiker und Physiker Roger Penrose eine Theorie über Singularitäten. Diese Theorie lag in der Richtung der Vorstellungen der Forschungsgruppe. Deshalb begannen sie sich damit zu befassen. Roger Penrose hatte sich mit der Frage beschäftigt, was passiert, wenn ein Stern, nachdem ihm der Brennstoff ausgegangen ist, unter der Kraft seiner eigenen Gravitation kollabiert. Penrose kam zu dem Ergebnis, daß der Stern zu einem Punkt von unendlicher Dichte schrumpfen muß (selbst wenn es nicht vollkommen symmetrisch erfolgt). Dies führt nach Einstein zu einer unendlichen Krümmung in der Raumzeit. Solche Krümmungen nennt man Singularitäten, und diese sollten sich im Inneren von Schwarzen Löchern befinden. Auch der Urknall ist eine solche Singularität. Aber wie entsteht überhaupt ein Schwarzes Loch? Zunächst einmal betrachten wir einen Himmelskörper. Dieser hat eine bestimmte Masse und einen bestimmten Radius. Der Radius stellt den Abstand zwischen Oberfläche und Schwerpunkt der Masse dar. Von diesen beiden Größen allein hängt die Fluchtgeschwindigkeit ab. Die Fluchtgeschwindigkeit ist diejenige Geschwindigkeit, die ein (kleiner) Körper haben muß, um dem Gravitationsfeld des Planeten zu entkommen, d.h. um von der Oberfläche des Planeten startend theoretisch ins Unendliche gelangen zu können. Stellen wir uns nun einen Stern vor, dessen Masse ungefähr zehnmal so groß wie die unserer Sonne ist. Seine Energie bezieht er aus der Umwandlung von Wasserstoff in Helium (Kernverschmelzung). Durch die freigesetzte Energie wird genügend Druck erzeugt, um den Stern vor seiner eigenen Gravitation zu bewahren. Der Radius beträgt in etwa fünfmal soviel wie der Radius unserer Sonne. Die oben erwähnte Fluchtgeschwindigkeit beträgt etwa 1000 km/s. Wenn der Stern seinen Brennstoff verbraucht hat, erzeugt er keine Energie mehr und nichts schützt ihn davor, infolge der eigenen Schwerkraft in sich zusammenzufallen. Die Fluchtgeschwindigkeit auf seiner Oberfläche wird während dieses Prozesses immer größer, da der Radius immer kleiner wird. Man könnte auch sagen, das Gravitationsfeld an der Oberfläche wird stärker, da es sich dem Zentrum der Masse immer weiter nähert. Wenn der Radius des Sternes nur noch 30 Kilometer beträgt, ist die Fluchtgeschwindigkeit auf 300 000 km/s (=Lichtgeschwindigkeit) angewachsen. Ab diesem Zeitpunkt kann auch das Licht die Oberfläche des Sternes nicht mehr verlassen (Licht wird nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie ebenso abgelenkt wie Masse; also gilt auch die Fluchtgeschwindigkeit für das Licht). Wenn der Stern weiter schrumpft und somit zum Schwarzen Loch wird, bleibt der Radius, ab dem das Licht nicht entweichen kann, an exakt derselben Stelle. Die Grenze des Schwarzen Loches - der Ereignishorizont - ist der Radius, auf dem die Fluchtgeschwindigkeit genau Lichtgeschwindigkeit beträgt. Also kann das Licht, wenn es sich innerhalb dieses Radiuses befindet, nicht fliehen, und es wird in den Mittelpunkt hineingezogen. Da nichts schneller sein kann als das Licht, heißt das, daß nichts aus diesem Loch entkommen kann. Der Ereignishorizont (auch Schwarzschildradius genannt) bildet somit eine Grenze zwischen innen und außen, denn da keine Lichtteilchen von innen nach außen gelangen, kann man auch nicht sehen, was in seinem Inneren passiert. Der Ereignishorizont bleibt für eine konstante Masse immer gleich. Der Radius des Sternes verkleinert sich immer weiter, bis er schließlich zu einem Punkt unendlicher Dichte zusammengeschrumpft ist, zu einer Singularität. Dort ist die Krümmung im Raumzeit-Gefüge unendlich. Zu diesen Ergebnissen kommt man unter der Verwendung von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Allerdings ist die Allgemeine Relativitätstheorie auch nicht anwendbar auf einen solchen Punkt der unendlichen Raumzeit-Krümmung. Da keine Informationen von innen nach außen gelangen können, ergeben sich für einen Beobachter außerhalb des Schwarzschildradiuses keine Konsequenzen durch den Zusammenbruch der Naturgesetze. Roger Penrose spricht in diesem Zusammenhang von einer Kosmischen Zensur. Obgleich sich solche Schwarzen Löcher allein mit Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhersagen lassen, nahmen bis in die sechziger Jahre nur wenige Wissenschaftler diese Vorraussagen tatsächlich ernst. Einer der Gründe dafür war, daß als tatsächlich existierende dichteste Objekte bis 1967 nur die Weißen Zwerge bekannt waren. Diese toten Sterne hatten etwas weniger als eine Sonnenmasse, aber waren auf die Größe der Erde zusammengepreßt. Doch 1967 wurden die Pulsare entdeckt. Das waren Radioquellen, die mit einer bestimmten Frequenz in ihrer Strahlung schwankten. Diese Schwankungen wurden durch die Schwingungen eines sehr kompakten Sternes erklärt. Doch bald stellte sich heraus, daß solch ein Stern dichter sein mußte als ein Weißer Zwerg. Die Quantentheorie lieferte auch die Erklärung: wenn der Druck zu stark wird, dann verschmelzen Elektronen und Protonen miteinander und werden zu Neutronen. Diese können wesentlich dichter gepackt werden. Der Stern wird zu einem Neutronenstern mit außerordentlich hoher Dichte. Obwohl diese Dichte nicht hoch genug ist, um ein Schwarzes Loch zu bilden, macht sie doch auch die Existenz von Schwarzen Löchern mit extrem hohen Dichten sehr viel wahrscheinlicher. Außerdem hatte man schon 1963 Quasare entdeckt. Sie strahlen so hell wie 300 Milliarden Sterne. Um dieses Phänomen erklären zu können, nahm man schon damals an, daß sich dabei ein riesiges, extrem schweres Objekt inmitten einer Galaxie befindet und diese verschluckt. Die Masse der Galaxie wird dabei in einer großen heißen Scheibe in den massereichen Körper gezogen, wobei durch die Umwandlung von Masse in Energie riesige Energiemengen entstehen. Somit hatte man die Existenz von extrem schweren Körpern bereits akzeptiert, man ging jedoch bisher davon aus, daß sie sehr groß wären und somit eine geringere Dichte aufwiesen.
Der hypothetische Fall ins Schwarze Loch: Man kann die Vorgänge im Universum, speziell das Phänomen der "Schwarzen Löcher" nur verstehen, wenn man sich Modelle schafft, die einen Bezug zu Dingen auf unserer Erde haben. Menschen begreifen Dinge nämlich besser, wenn sie wahrnehmbar, be-greif-bar sind. Ein todesmutiger Astronaut begibt sich also in die Nähe eines Schwarzen Loches. Er wird wahrscheinlich sofort von der Gravitation ergriffen, "angesaugt" werden, wobei die Kräfte unterschiedlich stark wirken. Die Gravitation wirkt nämlich umso schwächer, je weiter man vom Mittelpunkt einer Masse entfernt ist. Sein Kopf ist 1,80m weiter als seine Füße vom Schwarzen Loch entfernt, und weil der Gravitationsunterschied so groß ist, wird er wie eine Spaghetti in die Länge gezogen. Schließlich wird er immer mehr beschleunigt werden, bis auf Lichtgeschwindigkeit. Moment mal, einen Körper auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen? Das ist unmöglich, und deshalb wird der Astronaut zerrissen, "entmaterialisiert" und in pure Energie umgewandelt. Nehmen wir an, er ist unbeschadet in das Schwarze Loch hineingefallen. Da dieses nicht vorstellbar ist (eine "unsichtbare Masse"?), vergleichen wir es hier mit einem Tunnel.Dieser Tunnel hat die seltsame Eigenschaft, dass man von außen gesehen nie das Ende erreicht (bzw. je wieder aus dem Loch herauskommt), obwohl er von außen nur 200 m lang ist. Wie kann das erklärbar sein? Nehmen wir weiterhin an, dass ein Fußgänger mit einer Schrittlänge von 1 m in den Tunnel eintritt, und nach einem Meter auf die Hälfte seiner Größe zusammenschrumpft, wobei seine Schrittlänge ebenfalls halbiert wird. Also ist der Tunnel für den durchquerenden Körper unendlich lang. Bei dieser ersten Variante kann er nie den Tunnel durchqueren, von außen gesehen. In der zweiten Variante soll der durchquerende Körper es aus seiner Sicht schaffen, durch den Tunnel zu gelangen. Die halbierte Schrittlänge gleicht sich hierbei dadurch aus, dass seine Geschwindigkeit immer nach einem Schritt verdoppelt wird, bis sie schließlich unendlich wird. Bei unendlicher Eigengeschwindigkeit vergeht für ihn keine Zeit mehr, also kann er in einer Sekunde eine unendliche Strecke zurücklegen und wieder aus dem Tunnel herauskommen. Wenn er wieder herauskommt, ist allerdings im übrigen Universum eine unendliche Zeitspanne vergangen.
Nehmen wir an, eine Raumsonde falle in ein schwarzes Loch, das 1 Million mal so schwer ist, wie unsere Sonne. Im Zentrum unser Milchstraße befindet sich sehr wahrscheinlich eines, das mindestens so schwer ist. In einer Umlaufbahn mit 1 Milliarde km Radius um dieses schwarze Loch befinde sich eine Raumstation. Die Raumsonde und die Station führen ein Logbuch, indem Sie die zu einem bestimmten Zeitpunkt erreichte Entfernung (im zum Schwarzen Loch ruhenden Koordinaten) eintragen. Die Zeit wird mit einer an Bord befindlichen Uhr gemessen. Wenn die Raumsonde an der Raumstation vorbei fliegt, bzw. die Raumstation die Sonde vorbeifliegen sieht, stellen beide ihre Uhren auf null. Das folgende Bild 2 zeigt graphisch, was beide in ihr Logbuch eintragen. Bild 2. Sturz einer Raumsonde in ein schwarzes Loch mit 1 Mio. Sonnenmassen. Einerseits beobachtet von einer 1 Mia. km weit entfernten Raumstation und andererseits von der Raumsonde selbst. Die Eigenzeiten wurden beim Vorbeiflug der aus dem Unendlichen im freien Fall stürzenden Raumsonde an der Raumstation auf Null gestellt.
Als erstes sehen wir, daß die beiden Kurven verschieden sind. Schon das wäre nach Newton nicht möglich, aber das kennen wir ja bereits vom Beispiel mit dem vom Auto überholten Zug. Das Überraschende geschieht aber in der Nähe der Grenze, wo die Fluchtgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit wird (der sogenannte Ereignishorizont). Dort wird der Unterschied zwischen Raumsonde und Raumstation kraß. Die Raumsonde notiert das Erreichen des Ereignishorizonts nach 680 Minuten und 8 Sekunden nach Passieren der Raumstation, die auf das ruhende schwarze Loch bezogene Distanz nimmt mit Lichtgeschwindigkeit ab. Die restlichen 3 Millionen km bis zum Zentrum des schwarzen Lochs werden in 7 Sekunden zurückgelegt, was eigentlich Überlichgeschwindigkeit wäre! Doch für die Raumstation tritt dieses Phänomen nie ein. Nach anfänglicher Beschleunigung, wie es beim freien Fall auf ein Massenzentrum hin zu erwarten ist, kehrt sich die Bewegung in eine Verzögerung um. Die Raumsonde scheint vor dem Ereignishorizont zu bremsen, so daß sie diesem immer näher kommt, jedoch wird sie ihn nie erreichen. Die Raumstation beobachtet also nie so etwas wie eine überlichtschnelle Raumsonde. Krasser könnte der Unterschied in der Beobachtung nicht ausfallen, die Raumsonde beobachtet schon nach wenigen Stunden ein Ereignis, nämlich das Überqueren des Ereignishorizonts, das für die Raumstation gar nie eintritt. Bei der Schulaufgabe mußten wir die Gleichzeitigkeit aufgeben. Nun haben wir ein Beispiel kennengelernt, bei dem das prinzipielle Eintreten eines Ereignisses vom Beobachter abhängt. Vom Standpunkt der in das schwarze Loch fallenden Raumsonde kann man sagen, daß sie in endlicher Zeit an das Ende aller Zeit reist. Der Ereignishorizont stellt somit auch das Ende des prinzipiell beobachtbaren Weltalls also unserer Welt schlechthin dar. Das Phänomen wird noch komplizierter, wenn man die Quantenmechanik mit einbezieht oder ein wachsendes und rotierendes schwarzes Loch betrachtet. Doch wollen wir unsern kleinen Exkurs an die Grenzen des Vorstellbaren hier abschließen.
Nachweise für Schwarze Löcher: Da Schwarze Löcher weder strahlen, noch Licht und Radiowellen reflektieren kann man nur indirekt auf ihre Existenz schließen. Dennoch gibt es zahlreiche Möglichkeiten festzustellen, ob es tatsächlich Schwarze Löcher gibt. Zuerst einmal gibt es Hinweise auf enorme Massen komprimiert in winzigste Volumen. Wenn dieser Körper auch noch schwarz ist, kann man mit guter Wahrscheinlichkeit auf ein schwarzes Loch schließen.Eine zweiter Nachweis wäre auch, daß Doppelsternsysteme entdeckt wurden, welche eine intensive Röntgenstrahlung aussenden. Diese abgestrahlte Energie übertrifft dabei oft die Größenordnung von 10000 Sonnenleuchtkräften. Zusätzlich kommt noch, daß manche Röngtenquellen nur Bruchteile von Sekunden aufflackern. Eine solch intensive, extrem kurzfristig variierende Strahlung könnte nur durch winzige, aber enorm massenreiche Objekt erzeugt werden. Auch gibt es Doppelsternsysteme, in denen der eine Partner ein schwarzes Loch ist. Hierbei kann hin und wieder Materie vom einem Stern an das schwarze Loch abgegeben werden. Dabei wird ein enormes Röntgenlicht erzeug. Allerdings fallen die Gasmassen nicht direkt ins schwarze Loch, da das System um einen gemeinsamen Schwerpunkt rotiert. Aus diesem Grund laufen die Gasströme spiralförmig auf das schwarze Loch zu. Es bildet sich Akkretionsscheibe, eine Scheibe aus enorm heißen Gas, die um das schwarze Loch kreist.Ein weitere Hinweis auf ein schwarzes Loch wäre, daß man spiralförmige Galaxien beobachtet hatte, die mit einer derart hohen Geschwindigkeit rotierten, daß sie aufgrund der Fliehkraft schier auseinander gerissen werden würden. Um dennoch stabil zu bleiben müsste sich in ihrem Zentrum ein Objekt mit gigantischer Masse befinden. Da dieser Körper weder Licht noch sonstige Strahlung abstrahlt sind die Wissenschaftler der Meinung, daß sich es hier um ein schwarzes Loch handeln muß. Ebenso könnte man einem schwarzen Loch aufgrund des Dopplereffekts auf die Spur kommen, indem man die Rot-Blau-Verschiebung misst.
Ende eines schwarzen Loch: Dies ist ein sehr umstrittenes Problem. Es ist eine noch nicht geklärte Frage ob und wie sich ein schwarzes Loch auflösen kann.Der erste der ein mögliches Ende eines schwarzen Lochs entdeckte war Steven Hawkin. Er stellte eine Theorie auf, daß ein schwarzes Loch masselose Teilchen (17% Photonen, 2% Gravitonen und 81& Neutrinos) produziert um sie mittels Wärmestrahlung abstrahlt. Diese abgestrahlte Energie läßt sich in Masse umrechnen (E=m*c²). Mit diesem Massenverlust wird auch der Schwarzschildradius kleiner und immer weniger vobeifliegende Teilchen können aufgenommen werden. Demzufolge würde es mit abnehmender Masse immer schneller kleiner werden. Nach dieser Theorie könnte ein Schwarzes Loch je nach Anfangsmasse 10 bis 20 Milliarden Jahre bestehen.
Sichtungen Schwarzer Löcher: Schwarze Löcher in jeder Galaxis vermutet Neueste Messungen des Weltraumteleskops "Hubble" legen die Existenz von Schwarzen Löchern in nahezu jeder Galaxis des Universums nahe. Eines dieser sonderbaren Objekte, die aufgrund ihrer gigantischen Schwerkraft selbst Licht einfangen und verschlucken, soll nach Berechnungen von Astronomen im Zentrum einer Galaxis im Sternbild Jungfrau sein. Vorläufige Untersuchungen haben ergeben, daß in 14 von 15 weiteren Galaxienkernen Schwarze Löcher sitzen, wie die Wissenschaftler auf einem Treffen der Amerikanischen Astronomischen Gesellschaft in Toronto berichteten."Da ist etwas: Es wiegt eine Menge, es ist völlig schwarz und wir wissen nicht, was es sonst sein könnte", sagte der kanadische Astronom Scott Tremane vom Institut für Theoretische Astrophysik. Die Entdeckungen seien bisher die stärksten Hinweise auf eine allgemein akzeptierte Theorie der Himmelsforscher. Demnach sind Schwarze Löcher sehr verbreitet, im Zentrum einer jeden schweren Galaxis sollte es eines geben. Die Masse der Schwarzen Löcher soll direkt von der Masse der gesamten Galaxis abhängen.
Hubble liefert nur Fingerabdrücke: Schwarze Löcher können nicht direkt beobachtet werden - auch nicht vom scharfsichtigen Teleskop "Hubble". Die Forscher analysieren statt dessen die Bewegung von Sternen, die nahe um die Zentren der Galaxien kreisen. In einer Entfernung von 50 Millionen Lichtjahren wirbeln die Sterne und extrem heiße Materie um die Mitte einer Galaxie - angetrieben von einer mächtigen Anziehungskraft. Gase erreichen fast Lichtgeschwindigkeit und erhitzen sich dabei auf mehrere Billionen Grad. Aus diesen Beobachtungen konnten die Wissenschaftler die Masse eines Objekts im Sternbild Jungfrau berechnen. Es ist 500 Millionen Mal schwerer als unsere Sonne. Die Messungen von "Hubble" liefern aber nur Fingerabdrücke, sie sind nicht der Beweis für ein Schwarzes Loch. Für derart schwere Objekte gebe es auch noch andere Erklärungen, gibt Reinhard Genzel vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching bei München zu bedenken. Die Ergebnisse der Forscher seien interessant, aber nur Überschlagsrechnungen. Ein schlüssiger Beweis könne nur aus der Nähe geführt werden, wenn die exakten Bewegungen einzelner Sterne gemessen werden könnten. Genzel hat dies mit einem Teleskop der Europäischen Sternwarte im chilenischen La Silla zumindest für unsere Milchstraße getan - und er fand ein Schwarzes Loch, 2,5 Millionen Mal schwerer als die Sonne.
Überreste von Quasaren: Aber die US-Wissenschaftler sind dennoch von ihrer Annahme von Schwarzen Löchern in fast allen anderen Galaxienzentren überzeugt. Für Doug Richstone von der University of Michigan, dem Leiter der Teams, könnten die Schwarzen Löcher die Überreste von sogenannten Quasaren sein. Das sind unvorstellbar helle Körper, die vor allem in der Anfangszeit des Universums vorhanden waren. Die bisher untersuchten Quasare sind die ältesten und am weitesten entfernten Objekte im All. Um ihre Leuchtkraft zu erklären, käme der Einfall von Materie in ein supermassives Schwarzes Loch in Frage.
Löcher für die Ewigkeit? Quasare sind nach Angaben von Tremane in ihrer Lebenszeit begrenzt, aber Schwarze Löcher überdauern die Ewigkeit. Obwohl sie auf Materie der Umgebung einen riesigen Appetit hätten - wegen der Größe der Galaxien verschluckten sie nur etwa ein Prozent der Masse. Von dieser Masse wiederum verschwinden 99 Prozent hinter dem sogenannten Ereignishorizont des Schwarzen Lochs. Das ist der Punkt ohne Wiederkehr, den auch Licht nicht mehr verlassen kann. Nur ein Prozent wird in Strahlungsenergie umgewandelt, wie Berechnungen des Astronomen Ralph Narayan an kleineren Schwarzen Löchern und ihren Begleitsternen gezeigt hätten. "Das Gebiet innerhalb des Ereignishorizonts ist für immer von der Außenwelt abgeschnitten", sagte Narayan. Nach einer Theorie des britischen Astrophysikers Steve Hawkings allerdings brökeln die "Black Holes" durch quantenmechanische Effekte langsam ab.
Wurmlöcher: Tatsächlich ist ein Wurmloch eine besondere Form eines Schwarzen Loches. Einstein und Rosen zeigten die Endform der Raumkrümmung in einem Schwarzen Loch. Zu Ihrer Überraschung öffnete sich das Diagramm wieder und verband den Raum mit einem anderen Paraleluniversum. Weiter Überlegungen zeigten, daß unter bestimmten Umständen der Ausgang eines solchen schwarzen Loches nicht in ein Paraleluniversum enden muß, sondern auch im eigenen Universum enden kann. Die Grundidee eine Wurmlochs war geboren. Hier gibt es jedoch ein gravierendes Problem für einen potentiellen Reisenden. In einem statischen Schwarzen Loch muß auf dem Weg ins andere Universum die Singularität gekreuzt werden muß. Ein Ding der Unmöglichkeit derartiges zu überleben. Aufregend ist jedoch, daß dieses Problem theoretisch umgangen werden kann wenn man dem Schwarzen Loch eine Rotation zuordnet (Kerr-Newmann Black Hole). In diesem Objekten sind Reisen in Paraleluniversen theoretisch zulässig. Allerdings muß man dabei bedenken, daß ein solches Objekt auch eine wahre Zeitmaschiene ist. Denkbar ist, daß man unser eigenes Universum wieder betritt jedoch zu einem oder verschiedenen Zeitpunkten. Die Wissenschaftler gehen heute davon aus das in der Realität fast alle Schwarzen Löcher eine Eigenladung oder eine Rotation besitzen. Kandidaten für Schwarze Löcher kennt man heute zu genüge und in den letzten Jahren erhärten sich die Indizien, daß es sich bei den Objekten tatsächlich um Schwarze Löcher handelt. Das gilt vor allen Dingen für die riesigen Objekte im Zentrum unserer und anderer Galaxien. Bisher haben die spezielle und auch die allgemeine Relativitätstheorie alle experimentellen Überprüfungen bestanden. Zu den bedeutendsten gehört bislang sicher die Beobachtung zweier sich auf Sprialbahnen nähernden Neutronensterne. Die Relativitätstheorie hat uns gezeigt, daß es Orte im Weltall gibt, deren Physik völlig anders ist als unsere Alltagserfahrung. Welche erstaunlichen Dinge mag die Physik des 21. Jahrhunderts für uns bereit halten?
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