Ein Schwarzes Loch ist ein Objekt, dessen Masse auf ein winziges Volumen konzentriert ist und infolge dieser Kompaktheit in seiner unmittelbaren Umgebung eine so starke Gravitation erzeugt, dass nicht einmal das Licht diesen Bereich verlassen oder durchlaufen kann. Die äußere Grenze dieses Bereiches wird Ereignishorizont genannt. Nichts kann einen Ereignishorizont von innen nach außen überschreiten – keine Information, keine Strahlung und schon gar keine Materie. Dass ein „Weg nach außen“ nicht einmal mehr denkbar ist, beschreibt die allgemeine Relativitätstheorie schlüssig durch eine extreme Krümmung der Raumzeit.

Es gibt unterschiedliche Klassen von Schwarzen Löchern mit ihren jeweiligen Entstehungsmechanismen. Am einfachsten zu verstehen sind stellare Schwarze Löcher, die entstehen, wenn ein Stern einer bestimmten Größe seinen gesamten nuklearen Brennstoff verbraucht hat und kollabiert. Während die äußeren Hüllen dann in einer Supernova abgestoßen werden, fällt der Kern durch seinen Schweredruck zu einem extrem kompakten Körper zusammen. Für ein hypothetisches Schwarzes Loch von der Masse der Sonne hätte der Ereignishorizont einen Durchmesser von nur etwa sechs Kilometern, das entspricht dem 230.000-sten Teil des jetzigen Sonnendurchmessers. Am anderen Ende des Spektrums gibt es supermassereiche „Schwarze Löcher” von millionen- bis milliardenfacher Sonnenmasse, die im Zentrum von Galaxien stehen und eine wichtige Rolle in deren Entwicklung spielen.

Außerhalb des Ereignishorizonts verhält sich ein Schwarzes Loch wie ein normaler Massenkörper und kann von anderen Himmelskörpern auf stabilen Bahnen umrundet werden. Der Ereignishorizont erscheint von außen visuell als vollkommen schwarzes und undurchsichtiges Objekt, in dessen Nähe der dahinterliegende Raum wie durch eine optische Linse verzerrt abgebildet wird (Gravitationslinse). Häufig ist das Schwarze Loch aber von Gaswolken verdeckt, so daß es nur bei bestimmten Wellenlängen (Radiowellen) sichtbar ist, und wegen der Verzerrung „sieht“ man auch nicht den Ereignishorizont, sondern einen sog. Schatten.

Die Bezeichnung Schwarzes Loch wurde im Jahr 1967 durch John Archibald Wheeler geprägt. Zu jener Zeit galt die Existenz der erst theoretisch beschriebenen Schwarzen Löcher zwar als sehr wahrscheinlich, war aber noch nicht durch Beobachtungen bestätigt. Später wurden zahlreiche Beispiele für Auswirkungen Schwarzer Löcher beobachtet, z. B. ab 1992 die Untersuchungen des supermassereichen Schwarzen Lochs Sagittarius A* im Zentrum der Milchstraße im Infrarotbereich. 2016 wurde die Fusion zweier Schwarzer Löcher über die dabei erzeugten Gravitationswellen durch LIGO beobachtet und 2019 gelang eine radioteleskopische Aufnahme eines Bildes des supermassereichen Schwarzen Lochs M87* im Zentrum der Galaxie M87 mit dem Event Horizon Telescope. 2022 gelang die Abbildung des Schwarzen Lochs Sagittarius A* im Zentrum der Milchstraße ebenfalls mit dem Event Horizon Telescope.

Für ihre Forschungen zu Schwarzen Löchern wurde 2020 den Wissenschaftlern Roger Penrose, Reinhard Genzel und Andrea Ghez der Nobelpreis für Physik zuerkannt.


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Schwarze Löcher in der Milchstraße
Name Masse
(M☉)		 Masse Partner
(M☉)		 Umlaufzeit
(Tage)		 Geschätzte Entfernung
von der Erde (Lj)
A0620−00 ≈ 11 ≈ 0,7 0,33 ≈ 3.500
XTE J1118+480 6–8 0,17 ≈ 6.200
Cyg X-1 7–13 0,25 5,6 6.000–8.000
GRO J0422+32 3–5 1,1 0,21 ≈ 8.500
GS 2000+25 7–8 4,9–5,1 0,35 ≈ 8.800
V404 Cyg ≈ 9 0,5 6,5 ≈ 10.000
GRO J1655-40 ≈ 7,0 ≈ 2,34 2,62 ≈ 10.500
XTE J1650−500[68] ≈ 3,8 ≈ 2,7 0,32 ≈ 15.000
V4641 Sagittarii ≈ 10 ≈ 7 2,82 10.000–25.000
GX 339-4 5–6 1,75 ≈ 15.000
GRS 1124-683 6,5–8,2 0,43 ≈ 17.000
XTE J1550−564 10–11 6,0–7,5 1,5 ≈ 17.000
XTE J1819−254 10–18 ≈ 3 2,8 < 25.000
4U 1543-475 8–10 0,25 1,1 ≈ 24.000
Sgr A* 4,3 Mio. – – ≈ 25.000

Sonstige

In der Galaxie NGC 6240 befinden sich zwei Schwarze Löcher, die einander im Abstand von 3000 Lichtjahren umkreisen und in einigen hundert Millionen Jahren verschmelzen werden. Das erste Schwarze Loch außerhalb unserer Galaxie wurde 1982 in der etwa 150.000 Lichtjahre entfernten Großen Magellanschen Wolke nachgewiesen und bildet eine Komponente des Röntgendoppelsterns LMC X-3. Im Zentrum von NGC 4889 befindet sich ein Schwarzes Loch mit einer Masse von geschätzten 21 Milliarden Sonnenmassen („best fit“ aus dem Bereich 6 bis 37 Milliarden Sonnenmassen), zum Zeitpunkt der Veröffentlichung (Dezember 2011) war es das größte direkt gemessene Schwarze Loch. Das Schwarze Loch mit der Katalognummer SDSS J0100+2802 ist sehr alt, von der Erde aus wird der Zustand 875 Millionen Jahre nach dem Urknall beobachtet. Seine Masse betrug zu diesem Zeitpunkt bereits rund zwölf Milliarden Sonnenmassen. Es ist unklar, wie es so früh so massereich werden konnte.

Alternative Erklärungen für ultrakompakte dunkle Objekte:

Es wurden einige alternative Erklärungen für ultrakompakte dunkle Objekte vorgeschlagen, die ohne Singularitäten auskommen und kein Informationsparadoxon aufweisen. Da diese Modelle keine mit heutigen Mitteln beobachtbaren Vorhersagen machen, durch die sie sich von einem Schwarzen Loch unterscheiden ließen, ist die Akzeptanz in der Fachliteratur gering. Ein Beispiel sind die hypothetischen Gravasterne, auch „Quasi Black Hole Objects“ (QBHO) genannt. Die Erfinder der Theorie, Pawel O. Mazur und Emil Mottola, haben vorgeschlagen, dass die Theorie eine Lösung des Informationsparadoxons Schwarzer Löcher darstellt und dass Gravasterne Quellen für Gammablitze sein könnten. Die Theorie erreichte in der Öffentlichkeit nur wenig Interesse, da die Theorie keinen Vorteil gegenüber der Theorie der Schwarzen Löcher hat und rein spekulativ ist. Ein weiterer Versuch, auf der Stringtheorie aufbauend das Informationsparadoxon zu lösen, stammt von Samir Mathur. Nach diesem „Fusselknäuel-Modell“ verhüllt der Ereignishorizont ein Konglomerat aus Branen und Strings und ist selbst nicht scharf abgegrenzt.

Adaptionen in der Science Fiction:

Schwarze Löcher werden in der Science-Fiction-Literatur oft als mögliches Mittel zum überlichtschnellen Transport, so etwa in Stanisław Lems Roman Fiasko, bzw. als ultimative Möglichkeit der Energiegewinnung dargestellt, wie bspw. in der Fernsehserie Stargate. Der Film Das schwarze Loch von 1979 – mit Maximilian Schell und Anthony Perkins in den Hauptrollen –, der unter anderem die starke Gravitationskraft Schwarzer Löcher thematisiert, wurde 1980 für zwei Oscars nominiert. Der Film Interstellar aus dem Jahr 2014 von Regisseur Christopher Nolan beinhaltet ebenfalls die Thematiken vom Schwarzen Loch und seinen Gravitationskräften. In der Fernsehserie Andromeda gerät das Raumschiff Andromeda Ascendant nahe an den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs, wodurch Schiff und Besatzung aufgrund der Zeitdilatation bis zur Bergung und damit für 300 Jahre in der Zeit einfrieren.

Siehe auch: