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Schwarzes Loch

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Team Realfilm
Schwarzes Loch
lernst du in der Oberstufe 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Grundlagen zum Thema Schwarzes Loch

Inhalt

Schwarzes Loch – Definition

Wie entsteht ein schwarzes Loch?

Die Entstehung schwarzer Löcher hat etwas mit dem Leben und Sterben von Sternen zu tun. Im Inneren von Sternen sind die Temperatur und der Druck so groß, dass Fusionsprozesse ablaufen können, die Energie freisetzen. Diese Energie sorgt dafür, dass Sterne, wie zum Beispiel die Sonne, leuchten. Sie sorgt aber auch dafür, dass ein Stern nicht unter der Kraft der Gravitation in sich zusammenfällt. Allerdings hat jeder Stern nur eine endliche Menge an Brennstoff für die Fusion und sobald dieser Brennstoff verbraucht ist, finden fast keine Fusionsprozesse mehr statt. Daher wird zu diesem Zeitpunkt auch nicht mehr ausreichend Energie erzeugt, die der Gravitation entgegenwirken kann, und der Stern kollabiert in einer Supernova. In welches Endstadium die Sterne übergehen, hängt von ihrer ursprünglichen Masse ab. Sterne mit einer Masse von über $25~\text{M}_{S}$, also der $25$-fachen Masse der Sonne, enden als schwarze Löcher.

Was ist ein schwarzes Loch?

Nachdem ein so massereicher Stern in einer Supernova-Explosion einen Teil seiner Hülle abgesprengt hat, fällt der zurückbleibende Kern unter der Kraft der Gravitation in sich zusammen. Dabei verdichtet er sich immer weiter, bis schließlich die gesamte Masse auf ein extrem kleines Volumen zusammengefallen ist. Weil die Dichte dafür an einem einzigen Punkt gegen unendlich geht, spricht man auch von einer Singularität.

Die Gravitation in der Nähe eines schwarzen Loches ist extrem groß. Innerhalb des sogenannten Schwarzschildradius oder Ereignishorizonts ist sie so groß, dass nicht einmal Licht entkommen kann. Der Schwarzschildradius ist der Radius einer Kugel um das Zentrum des schwarzen Loches. Wie groß diese Kugel ist, hängt von der Masse des schwarzen Loches ab.

Schwarzes Loch – Aufbau

Das eigentliche schwarze Loch ist die Singularität, also die extreme Massenverteilung in seinem Zentrum. Über die Natur der Singularität oder die Frage, was dahinter ist, lässt sich keine Aussage treffen. Denn da nicht einmal Licht aus ihr entweichen kann, kann auch sonst keine Information die Singularität verlassen. Einige rotierende schwarze Löcher sind von einer rotierenden Scheibe aus heißer Materie umgeben, die man Akkretionsscheibe nennt. Mit der Zeit wandert Materie aus dieser Scheibe hinter den Ereignishorizont, und speist damit das schwarze Loch. Dabei wird Energie frei, die die Scheibe aufheizt. Man nennt diesen Fluss von Materie auch Akkretionsfluss. In manchen Fällen wird Materie senkrecht zur Rotationsebene mit hoher Geschwindigkeit bis zu Tausende Lichtjahre ins All geschleudert. Diese Jets und die Strahlung, die von der heißen Akkretionsscheibe ausgeht, kann man auf der Erde messen.

Schwarzes Loch Physik: Ereignishorizont, Akkretionsscheibe und Singularität

Schwarzes Loch in der Milchstraße: Sagittarius A*

Man vermutet, dass schwarze Löcher häufig die Kerne von Galaxien bilden. Auch in der Milchstraße, unserer Heimatgalaxie, wird ein schwarzes Loch als Zentrum vermutet. Es trägt den Namen Sagittarius A* , hat vermutlich eine Masse von $4,3 \cdot 10^{6}~\text{M}_S$ und ist etwa $27.000~\text{Lj}$ von der Erde entfernt. Damit zählt es zu den supermassereichen schwarzen Löchern. Sein Ereignishorizont hat vermutlich einen Durchmesser von etwa $22 \cdot 10^{6}~\text{km}$. Sagittarius A* wird vermutlich auch von weiteren schwarzen Löchern umkreist.

Schwarze Löcher sind allerdings nicht so gefährlich, wie manchmal behauptet wird. Würde man zum Beispiel die Sonne durch ein schwarzes Loch ersetzen, das die gleiche Masse wie die Sonne hat, würde sich an der Bahn der Planeten nichts ändern – sie würden weiterhin um das Zentrum des Sonnensystems kreisen. Solange wir also nicht die Bahn eines schwarzen Lochs kreuzen, können sie uns nicht gefährlich werden.

Schwarzes Loch – Bild

Aufgrund ihrer starken Gravitation lassen schwarze Löcher kein Licht entkommen. Deswegen ist es auch nicht möglich, ein schwarzes Loch direkt zu fotografieren. Allerdings gelang es Forschern, das schwarze Loch im Zentrum der Riesengalaxie M87 mithilfe von Radioteleskopen indirekt abzubilden. Die Aufnahmen zeigen die Akkretionsflüsse um das Zentrum und waren eine wissenschaftliche Sensation, als sie 2019 veröffentlicht wurden. Schau doch mal, ob du sie im Internet findest.

Transkript Schwarzes Loch

Wenn ein massereicher Stern stirbt, entsteht laut einer Theorie etwas wahrlich Furchterregendes. Ein Schwarzes Loch. Wenn ein Stern brennt, finden in seinem Kern Kernreaktionen statt, die eine nach außen gerichtete Kraft erzeugen, die die nach innen gerichtete Gravitation ausgleicht. Wenn ihm der Brennstoff ausgeht, verschwindet diese nach außen gerichtete Kraft und der Kern des Sterns fällt in sich zusammen. Wenn der Kern eine Masse besitzt, die größer als das Vierfache der Masse unserer Sonne ist, verdichtet er sich zu einem einzigen Punkt, kleiner als eine Erbse. Das nennt man eine Singularität. Wenn das passiert, werden die äußeren Schichten des Sterns in einer Supernova-Explosion abgestoßen. Übrig bleibt ein Schwarzes Loch. Die Gravitationskraft um die Singularität ist gigantisch. Nah am Schwarzen Loch ist sie so groß, dass ihr nicht einmal das Licht entkommen kann. Diesen Bereich nennt man den Ereignishorizont. Alles in diesem Bereich wird von der Singularität angezogen und ist unwiederbringlich verloren. Bei vielen Schwarzen Löchern ist der Ereignishorizont von einem Bereich aus heißem Gas umgeben, das ins Zentrum des Schwarzen Loches transportiert wird. Man nennt diesen Bereich Akkretionsscheibe. Wenn sich die Scheibe schnell genug dreht, kann ein Teil ihrer Materie mit gewaltiger Geschwindigkeit ins All geschleudert werden. Die Materie wird entlang des starken Magnetfeldes der Scheibe vorangetrieben und erzeugt dabei gigantische Mengen an Strahlung. Schwarze Löcher gehören zu den gewaltigsten und faszinierendsten Phänomenen im Universum, aber ihr Ruf als Zerstörer ist stark übertrieben. Sie verschlingen nicht alles um sich herum. Würde man unsere Sonne durch ein Schwarzes Loch mit der gleichen Masse ersetzen, würden die Erde und die anderen Planeten nicht sofort hineingezogen werden. Sie würden weiter darum kreisen, genau wie sie um die Sonne kreisen. Man vermutet, dass ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße liegt und dass möglicherweise Hunderte weitere Schwarze Löcher mit geringerer Masse die Galaxie durchstreifen, aber die können uns nur gefährlich werden, wenn sie zufällig unseren Weg kreuzen. So schnell wird das wahrscheinlich nicht passieren, da das nächste bekannte Schwarze Loch immerhin 1600 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Mehr als 3 Millionen mal so weit entfernt wie Neptun.

12 Kommentare

12 Kommentare
  1. @Selma, vielen Dank für dein Feedback! Es stimmt, in diesem Video werden komplizierte Abläufe im Inneren des Sterns nur sehr kurz und knapp zusammengefasst. Zu deinen Fragen: Nein, der Stern brennt nicht "auch so" - die Kernreaktionen sind es, die das "Brennen" ausmachen. Im Wesentlichen fusioniert dabei Wasserstoff zu Helium. Dabei werden riesige Kräfte freigesetzt, die der Gravitationskraft des Sterns entgegenwirken. Es muss also kein "Stern fallen" um die Gravitationskraft auszugleichen. Wenn allerdings der Brennstoff, also der Wasserstoff, verbraucht ist, kommen die Kernreaktionen zum Erliegen und damit auch die Kräfte, die der Gravitation entgegenwirken. Deshalb fällt der Stern in sich zusammen und es kann (bei ausreichend großer Masse) ein schwarzes Loch entstehen.

    Von Lukas Schwarz, vor etwa einem Monat
  2. @Winter Rivera Es freut uns, dass dich das Thema so begeistert und du selbst noch auf eigene Faust recherchierst! Wir bei sofatutor beschränken uns aber lieber auf gesicherte Erkenntnisse und die derzeit in der Forschung am weitestgehend akzeptierten Theorien. Weiße Löcher sind sicher interessant und theoretisch (mathematisch) auch möglich, konnten aber im Gegensatz zu schwarzen Löchern noch nicht im Universum nachgewiesen werden.

    Von Lukas Schwarz, vor etwa einem Monat
  3. Damit andere das auch können

    Von Winter Rivera , vor 3 Monaten
  4. Könntet ihr bitte ein Video über Weiße Löcher machen damit ich meine eigen gesammelten Fakten über solche mit anderen vergleichen kann

    Von Winter Rivera , vor 3 Monaten
  5. Unverständlich erklärt. "Der Stern brennt es finden Kernreaktionen statt"
    Brennt der Stern nicht auch so?

    "Die Kernreaktionen lösen eine nach aussen gerichtete Kraft aus die die innere Gravitationskraft ausgleicht"

    Was ist wenn gar kein Stern fällt, wer gleicht dann diese Gravitationskraft aus?

    Von Selma, vor 5 Monaten
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