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Schwarze Löcher

 

Im Jahr 1967 brachte der amerikanische Physiker John Archibald Wheeler auf einem Vortrag in New York zum ersten Mal die Bezeichnung "Black Holes" in die wissenschaftliche Diskussion ein. Im deutschen Sprachgebrauch wird die entsprechende Bezeichnung "Schwarze Löcher" verwendet.

Ein Stern mit einer 8-10-fach größeren Masse als die unserer Sonne wird nicht zu einem weißen Zwergstern, sondern endet als Supernova des Typs SN II. Übrig bleibt nur ein Kernrest. Hat dieser (nach neueren Forschungen) eine Masse zwischen 1.5 und 1.8 Sonnenmassen, dann bildet sich ein rasch rotierender Neutronenstern mit einer Dichte von 2 . 1015 g/cm3 . Dies entspricht einer noch größeren Dichte als der eines Atomkerns unter irdischen Bedingungen. An dieser Stelle sei noch hinzugefügt, dass frühere Massenangaben für die Bildung eines Neutronensterns bis zum 3.2-fachen Wert der Masse unserer Sonne diskutiert wurden. Für die weitere Betrachtung gehe ich von einer Masse aus, die oberhalb des 3.2-fachen Wertes liegt.

Was für ein Prozess setzt nun nach dessen Überschreiten ein?

Weiße Zwerge, aber auch Neutronensterne sind relativ stabile Gebilde, weil der sogenannte Entartungsdruck ihres Fermionengases dem Gravitationskollaps entgegensteht. Bei den weißen Zwergsternen sind es Elektronen, bei Neutronensternen eben die Neutronen. Entartungsdruck bedeutet, dass entsprechend dem Pauli- Verbot die Fermionen (Elektronen, Neutronen) am jeweils selben Ort nicht in allen Quantenzahlen übereinstimmen können. Bis zum Erreichen der Grenzmasse von  etwa drei Sonnenmassen kann der Entartungsdruck der Neutronen der Gravitation standhalten, indem sie auf höhere Energieniveaus ausweichen. Wird  der Grenzwert jedoch überschritten z.B. durch Akkretion von Materie aus der Umgebung, bricht der Stern in sich zusammen und es entsteht ein schwarzes Loch. Die Bezeichnung drückt aus, dass ab diesem Zeitpunkt kein Licht mehr ausgesendet wird. Wenn also selbst das Licht nicht mehr aus dem schwarzen Loch entweichen kann, dann kommt nur eine logische Überlegung in Betracht: die Gravitationskraft hindert die Photonen beim Verlassen. Um aus einem schwarzen Loch entweichen zu können, müsste das entsprechende Objekt eine höhere Geschwindigkeit besitzen als die des Lichts! Dies aber ist unmöglich, denn die Lichtgeschwindigkeit ist nach Albert Einstein die größtmögliche überhaupt im gesamten Universum.

Wie lässt sich dies erklären? Beim Kollaps des Neutronensterns geht ja dessen Masse nicht verloren, sie bleibt erhalten, aber der Sternradius fällt zu einem Punkt mit der Ausdehnung Null zusammen. Dabei wird  die Dichte unendlich hoch. Dies entzieht sich jeglicher Vorstellungskraft! Bei einem solchen Zustand gelten auch nicht mehr die klassischen Gesetze der Physik, er wird deshalb als Singularität bezeichnet.

Im Jahr 1916 veröffentlichte Albert Einstein seine "Allgemeine Relativitätstheorie"(= ART). In ihr verknüpfte er die drei Raumdimensionen, also Länge, Breite und Höhe mit der Zeit zur vierdimensionalen Raumzeit. Eine wichtige Aussage der ART lautet, dass die Gravitationskraft, die von einer Masse ausgeht, eine Krümmung der Raumzeit darstellt. Je größer die Masse eines Körpers ist, desto stärker krümmt er in seiner Nähe den Raum. Ist die Masse genügend groß, schließt sich die Krümmung des Raumes  zu einem kugelförmigem Gebilde. Die zweidimensionale Oberfläche dieser Kugel bezeichnet man als Ereignishorizont. Alles, was innerhalb der Kugel geschieht, entzieht sich unserer Kenntnis. Warum haben wir keine Informationen davon?

... wird fortgesetzt ...

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Letzte Bearbeitung: 04.06.2017 14:52

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