Meister der Schwer­kraft: Fach­be­reichs­ar­beit über die Geheim­nisse Schwarzer Löcher in der Astro­nomie

Facharbeit

Physik

Fertig gestellt am

14.12.2015

1 Vorwort

In dieser Facharbeit will ich das Thema schwarze Löcher erklären und weiter erläutern. Inspiriert dazu dieses Thema zu wählen ist mein Interesse an der Astronomie und Physik. Ich bin fasziniert vom Universum und dessen Geschehnissen. Immer wenn ich durch mein Teleskop gucke und unsere Planeten wie Jupiter oder Saturn sehe, merkt man das dies echte Objekte in unseren Sonnensystem sind und das man sie mit dem eigenen Augen am Himmel sehen kann, deswegen könnte ich mich stundenlang mit diesem Thema befassen. Ich gucke viele Dokumentationen über das Weltall und ein gewisses Thema ist für mich am atemberaubendsten… schwarze Löcher. Für mich sind sie eines der interessantesten Themen in der Astronomie. Sie brechen die Gesetze der Physik und man weiß nicht mal viel von ihnen und trotzdem ist es ein fesselndes Thema. Mein Ziel in dieser Facharbeit ist es mehr über schwarze Löcher zu erfahren und auch mein aktuelles Wissen dabei einzusetzen.

„Das Weltall ist ein Kreis, dessen Mittelpunkt überall, dessen Umfang nirgends ist..“ ¹

- Blaise Pascal 1888

¹ 1888: Kraft und Stoff,Ausgabe 16, Seite 54 (Verlag T. Thomas)

Inhaltsverzeichnis

1. VORWORT ......................................................................................................................……………… 2

2. EINLEITUNG ......................................................................................................................……………. 4

3. DIE ENTWICKLUNG DER STERNE ...................................................................................................... 5

3.1 Entstehung eines Sterns ..........................................................................................................................

3.2 Altersphasen eines Sterns ..................................................................................................................... 6

3.3 Zusammenbruch eines Sterns ..................................................................................................................

4. STRUKTUREN IM WELTALL ……………………………………………………………………………………………………………. 7

4.1 Weißer Zwerg ..……………………………………………………………………………………………………………………………………

4.2 Neutronenstern ..…………………………………………………………………………………………………………………………….. 8

4.3 Schwarzes Loch ..……………………………………………………………………………………………………………………….…… 10

5. EIGENSCHAFTEN VON SCHWARZEN LÖCHERN ……………………………………………………………………….…………

5.1 Schwarzschild Radius …………………………………………………………………………………………….……………………………

5.2 Ereignishorizont …………………………………………………………………………………………………….………………………. 11

5.3 Singularität und Stringtheorie …………………………………………………………………………..………………………………..

5.4 Hawking Strahlung ………………………………………………………………………………………………………………………… 12

5.5 Rotierende Schwarze Löcher …………………………………………………………………………………………………………. 13

5.6 Nachweis schwarzer Löcher ………………………………………………………………………………………………………………..

5.7 Ende schwarzer Löcher ………………………………………………………………………………………………………………….. 14

5.8 Arten von schwarzen Löchern …………………………………………………………………………………………………………….

5.9 Wurmlöcher ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 16

1. 5.10 Versuche auf der Erde ……………………………………………………………………………………………………………….... 17

6. STURZ INS SCHWARZE LOCH ……………………………………………………………………………………………………….. 18

6.1 Der Fall ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….

6.2 Beobachtungen von außen ……………………………………………………………………………………………………………. 19

7. ZUSAMMENFASSUNG………………………………………………………………………………………………………………….. 20

ANHANG A ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 21

ANHANG B ……………………………………………………………………………………………………………………………………... 22

LITERATURVERZEICHNIS …………………………………………………………………………………………………………………. 28

SELBSTSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG..................................................................................................... 31

2 Einleitung

Das größte Rätsel der Physik… schwarze Löcher.

Lange bevor die Technik uns half unser Universum besser zu verstehen, hat man sich in der Physik hauptsächlich mit unserer Welt hier auf der Erde beschäftigt. Damals war die Astrophysik nicht so wichtig wie heute. Doch nun, wo man riesige Teleskope und genaue Messgeräte besitzt, kann man die Welt da draußen viel besser verstehen und sehen. Und da entdeckte man sie auch schwarze Löcher. Sie sind unglaubliche Objekte im Weltall, die wir Menschen zu verstehen versuchen. Dies stellt sich aber als ziemlich kompliziert hervor, da sie die Gesetze der Physik die wir kennen brechen. Viele haben schon mal von dem Begriff schwarzes Loch gehört. Diese werden oft in Dokumentationen über unser Universum oder in vielen Science-Fiction Filmen erwähnt wie zum Beispiel Star Trek. Lange Zeit haben viele die Existenz von schwarzen Löchern angezweifelt. Bis Albert Einstein die Relativitätstheorie entdeckte und das die Physik revolutionierte. Damit stellte sich heraus, dass schwarze Löcher tatsächlich existieren können. In dieser Facharbeit werde ich das schwarzes Loch behandeln und dessen Entstehung und Merkmale und vieles mehr beschreiben.

Außerdem sind zwei Anhänge vorhanden. Anhang A sind alle Formelzeichen die hier benutzt wurden nochmal beschrieben. In Anhang B sind alle Abbildungen die in den Text darauf hingewiesen werden.

3 Die Entwicklung der Sterne

Der Astrophysiker hatte bis zu dem 20. Jahrhundert andere Vermutungen über die Sterne. Früher dachten Astrophysiker, dass Sterne ihr Leben als Roten Riesen beginnen und dann allmählich kleiner werden bis zu dem Punkt wo sie durch die Strahlungsabgabe und die dadurch resultierende Gravitationsenergie zum weißen Zwerg werden. Doch als Anfang des 20. Jahrhunderts die Kernenergie entdeckt wurde hat dies das Bild der Astrophysik vollkommen Verändert.

3.1 Entstehung eines Sterns

Es gibt viele Theorien wie ein Stern entstehen kann, aber nach der aktuellen Theorie entsteht ein Stern durch eine Gaswolke, diese Gaswolke kann viele Lichtjahre groß sein. Bilder vom Hubble Teleskop zeigen diese Gaswolken wie groß sie sind. „Snake Nebula“ ist eines davon und liegt im Sternenbild Ophiuchus und ist eines der größten Gaswolken die man besichtigen kann (siehe Abbildung 1.1.1). In dieser Gaswolke können sich mehrere Klumpen verdichten damit es eine Dichtregion von Gas gibt. Diese Klumpen tuen sich zusammen und es entsteht eine immer höhere Dichte auf einen Punkt. Das Volumen des Objekts verkleinert sich und die Dichte erhöht sich. Man kann sagen, dass im inneren ein Kern entsteht. Um den Kern entsteht eine Scheibe die aus Gas besteht und sich rotiert, auf der Scheibe kann später vielleicht auch ein Planetensystem entstehen. Diese Scheibe nennt man Akkretionsscheibe (siehe Abbildung 1.1.2).

Wenn dieser Kern ein bestimmten Druck und eine Temperatur von ca. 10 Millionen °C erreicht hat, verkleinert sich das Objekt nicht mehr und es entstehen Kernreaktionen, wo Wasserstoff zu Helium verwandelt wird was große Energiemengen abgibt, Ein Stern entsteht. Dieser Prozess wird so lange ausgeführt bis kein Brennstoff mehr ist und der Stern dann in sich selbst zusammenbricht. Die Entstehung eines Sterns kann mehrere Milliarden Jahre dauern.

Die Formel damit sich die Gaswolken zusammenziehen und Sterne bilden lautet:

3.2 Altersphase Der Sterne

Da Sterne ein Beginn und ein Endpunkt haben, haben diese auch während ihres da seins gewisse Alters bzw. Lebensphasen. Und jedes dieser Phasen hat bestimmte Merkmale, was Astrophysikern hilft die ungefähre Zeit vom Zusammenbruch des Sternes zu berechnen. Das Alter eines Sterns kann man durch die Oberflächen Verbrennung des Sterns erkennen, oder anders Formuliert an ihrer Farbe. Generell unterscheidet man durch fünf Farben: Blau, Weiß, Gelb, Orange, Rot. Ein Blauer Stern ist noch ein sehr junger Stern, wohingegen Rot, Ein Roter Riese ist welcher noch wenig zu leben hat. Blaue Sterne brennen am meisten mit 25 000°C, weil sie sehr viel Wasserstoff haben zum Verbrennen. Weiße Sterne brennen mit 11 000°C, Gelb mit 6 000°C, Orange mit 4 000°C und Rot mit 3 000°C. Wenn ein Stern so wenig Masse hat, dass er keine Kernfusion erbringen kann, wird er auch Brauner Zwerg genannt.

3.3 Zusammenbruch Eines Sterns

Wenn ein Stern sein Wasserstoffvorrat verbraucht und kein Wasserstoff zu Helium mehr verwandeln kann, ist das seine Endphase und führt dann auch zum Zusammenbruch des Sterns. Im Stern drinnen geschehen Kern Prozesse, wo Wasserstoff in Helium verwandelt wird. Wenn dieser Wasserstoffvorrat aufgebraucht wird, kommt es Zum „Helium Flash“. Ein Prozess, wo im Stern das Helium verbrannt wird statt dem Wasserstoff damit der Stern weiter überleben kann. Allgemein herrschen Zwei Kräfte auf den Stern. Einmal den Gravitationsdruck oder auch Schwerkraft genannt welchen den Stern zusammenziehen will. Aber durch die Verbrennung im Stern entsteht der Strahlungsdruck, welcher den Gravitationsdruck entgegen wirkt. Dadurch weil diese Kräfte gleich sind bleibt auch der Stern Stabil. Aber da der Strahlungsdruck niedriger ist als der Gravitationsdruck, zieht sich der Kern zusammen, dadurch steigt auch die Temperatur im Kern. Die entzündeten Helium Atome sind so heiß, dass sie verschmelzen. Dadurch entsteht Kohlenstoff und Sauerstoff im Kern, was neue Energie bringt. Irgendwann ist im Kern nur noch Kohlenstoff und Sauerstoff und über dem Kern Helium und an der äußersten Schicht das noch verbleibende Wasserstoff. Alle ca. 100 000 Jahren wird der Kern kleiner und die äußere Schicht expandiert weiter. Doch wenn ein Stern mehr als acht Sonnenmassen besitzt hört die Verbrennung nicht beim Kohlen und Sauerstoffbrennen auf sondern geht noch durch das Neon und Silizium brennen weiter, bis zum Explosiven brennen wo ein Eisen-Nickel-Kern entsteht.

Der Stern wird dann zum Roten Riesen und lebt noch einige Millionen Jahre bis kein Treibstoff mehr vorhanden ist. Es gibt dann nur noch den Gravitationsdruck und der Stern fällt in Bruchteilen von Sekunden in sich zusammen. Dann wenn der Rote Riese im Endstadium eine Masse von unter 1,4 Sonnenmassen besitzt (Unter der Chandrasekhar-Grenze) wird der Stern zu einem weißen Zwerg. Aber wenn der Rote Riese eine Masse von über 1,4 Sonnenmassen besitzt (Über der Chandrasekhar-Grenze) dann entsteht durch den hohen Druck eine gewaltige Explosion wo aber nur die außen Hülle explodiert. Diese Explosion nennt man Supernova (siehe Abbildung 1.1.4). Es gibt dann noch zwei Möglichkeiten wie die Supernova endet. Wenn der Rote Riese eine Masse von über 3 Sonnenmassen hat, dann wird es zu einem schwarzen Loch. Doch Wenn die Masse zwischen 1,4 und 3 Sonnenmassen liegt dann entsteht ein Neutronenstern (siehe Abbildung 1.1.3)

4 Strukturen Im Weltall

4.1 Weißer Zwerg

Bei Sternen unter 8 Sonnenmassen entsteht keine Supernova, da der Stern nicht genügend Masse erweist. Sie verlieren ungefähr die Hälfte ihrer Masse. Das heißt auch, dass keine Kernprozesse mehr stattfinden und der Stern in sich kollabiert. Der Stern wird während er kollabiert grell und blau, weil die Temperatur steigt je weiter sie komprimiert wird. Ab einem bestimmten Punkt hört der Stern auf zu schrumpfen, da der Gravitationsdruck und der hohe Druck der Elektronen die nach außen drücken gleich sind. Dieser Stern wird dann Weißer Zwerg genannt.

Der weiße Zwerg ist in etwa so groß wie die Erde, hat aber eine gewaltige Dichte von 10⁶ g/cm³ weil eine Komplette Sonnenmasse ist in einer Kugel so groß wie die Erde. Die Oberflächentemperatur liegt zwischen 20 000 und 30 000 Kelvin (19 700°C – 29 700°C). Wenn der weiße Zwerg Masse von einem Begleitstern bekommt kann der instabil werden und es entsteht eine Supernova, was den Stern zerstört. Man unterscheidet in zwei Arten von Weißen Zwergen, einmal CO-Weiße Zwerge und Fe-Weiße Zwerge. CO-Weiße Zwerge enthalten Kohlenstoff und Sauerstoff und kommen von Sternen vor, die wenig Masse gehabt haben. Fe-Weiße Zwerge hingegen ist es genau umgekehrt. Sie kommen von Sternen die viel Masse gehabt haben und Eisen durch Nukleare Fusionsprozesse machten und trotzdem zu Weißen Zwergen wurden. Einige Beispiele für weiße Zwerge sind Procyon B im Sternbild Kleiner Hund (International auch als Canis Minor) bekannt. Die Sonne wird auch zum weißen Zwerg, da sie wie vorhin gesagt nicht genügend Masse besitzt. Die Erde wird wahrscheinlich durch den Tod der Sonne kein Kältetod erleiden sondern wird eher von der Sonne verschluckt wenn sie zum Roten Riesen wird. Der weiße Zwerg wird aber nicht für immer Leuchten. Es herrscht nämlich keine thermonukleare Fusion mehr. Stattdessen benutzen sie die thermische Energie, die sie gespeichert haben um weiter zu leuchten (siehe Abbildung 1.1.5).

4.2 Neutronenstern

Neutronensterne sind eines der verblüfftesten Dinge in der Astrophysik. Sie sind eines der drei Endstadien die ein Stern werden kann. Die anderen beiden sind der weiße Zwerg und das schwarze Loch. Wenn der Stern bei einer Supernova, wo er seine außen Hülle abstößt eine Masse von 3 Sonnenmassen besitzt, dann wird dieser Stern zu einem schwarzen Loch. Wenn aber der Stern eine unter 3 Sonnenmassen und über der Chandrasekhar-Grenze von 1,4 liegt entsteht ein Neutronenstern. Dieser Stern hat die Komplette Masse des Sternes in nur Einer Kugel mit dem Durchmesser von ca. 20 Kilometern. Dies bedeutet, dass der Neutronen Stern eine extrem hohe Dichte besitzt, das heißt das ein Kubikmeter von einem Neutronenstern eine Masse von 1 Milliarde Tonnen besitzt. Dabei fusionieren die Elektronen mit den Protonen und werden zu Neutronen die elektrisch Neutral sind. Ein Neutronenstern kann also 1,4 bis 3 Sonnenmassen schwer sein.

Doch man fragt sich wieso der Stern nicht weiter in sich zusammenbricht bis auf einen Kleinen Punkt. Das passiert nicht weil der Druck der Neutronen entgegen des Gravitationsdrucks wirkt und so der Stern auch Stabil bleibt. Nun einige Informationen über den Neutronenstern an sich. Durch die sehr hohe Gravitation würde ein Objekt, das aus 1 Meter fallen würde nur eine Mikrosekunde brauchen um den Boden zu berühren und würde dabei eine Geschwindigkeit von 7,2 Millionen Stundenkilometer erreichen. Der Stern besitzt auch eine zehn Zentimeter dünne Plasma Schicht und die Oberflächentemperatur beträgt 1 Million Kelvin (999 700°C). Das Magnetfeld des damaligen Sterns wird dabei auf den Neutronenstern weitergeleitet, dies bedeutet dass ein Neutronenstern ein 8 Milliarden Mal stärkeres Magnetfeld hat. Es ist so stark, dass es sogar Atome auseinander reißt. Neutronensterne besitzen eine sehr hohe Rotation, jüngere Neutronensterne Rotieren mehrmals die Sekunde. Und wenn ein nahegelegener Stern den Neutronenstern Energie gibt, kann es sich auch mehrere hundert male rotieren. Ein Beispiel dafür wäre der Neutronenstern namens „PSRJ1748-2446ad“ welches sich mit etwa 252 Millionen Stundenkilometer dreht. Solche Sterne nennt man Pulsare (siehe Abbildung 1.1.6).

Der Pulsar emittiert permanent elektromagnetische Strahlung in zwei stark definierten Kegeln. Diesen nennt man Doppelkegel. Ein besonderes Merkmal des Neutronensterns ist auch, dass das Magnetfeld nicht auf der Rotationsachse des Neutronensterns liegt. Dabei dreht sich der Neutronenstern um seine eigene Achse während sich das Magnetfeld um die Achse dreht. Bei den Austrittsstellen des Magnetfeldes bleiben dort geladene Teilchen. Nach den Regeln der Elektrodynamik, werden diese Teilchen vom Magnetfeld mitgenommen. Bewegte Ladung ergibt nach Maxwells Gleichung Elektromagnetische Wellen. Die werden dann von den magnetischen Austrittsstellen gebündelt ins Weltall gestrahlt. Wegen der Drehung sieht das ganze wie die Lichtkegel von einem Leuchtturm aus. Der Aufbau des Neutronensterns besteht aus 4 Schichten: Äußere Kruste, innere Kruste, äußere Kern, innerer Kern (siehe Abbildung 1.1.7).

4.3 Schwarzes Loch

Eines der Verblüfftesten Objekte der Astrophysik sind schwarze Löcher, denn sie brechen oft die Gesetze der Physik. 1967 einigte man sich dieses astronomisch Objekt schwarzes Loch zu nennen, da es man nicht wusste wie man dieses Objekt nennen sollte und man verschiedene Namen dafür hatte.

Schwarze Löcher sind Objekte, die so eine hohe Dichte haben, dass alles was ihnen zu nahe kommt selbst Licht, vom schwarzen Loch verschluckt wird. Sie entstehen nach einer Supernova und nur wenn sie über 3 Sonnenmassen besitzen.

Eigentlich kann mathematisch gesehen alles ein schwarzes Loch werden, wenn man dessen Masse vom Objekt so stark komprimiert, damit die Dichte so hoch ist, dass nicht mal Licht entweichen könnte. Würde man die Masse der Erde zum Beispiel auf die Größe einer Erdnuss bringen oder Mount Everest auf die Größe von einem Nanometer, hätte man ein schwarzes Loch. So etwas nennt man den Schwarzschild Radius (Siehe 5.1).

5 Eigenschaften von schwarzen Löchern

Wie auch jedes andere astronomische Objekt, haben auch schwarze Löcher Erkennungsmerkmale. Eines ihrer leichterkennbaren Merkmale ist der Ereignishorizont und die extrem hohe Dichte und ihr Gravitationsfeld. Steven Hawking hat die Astrophysik vollkommen verändert mit seinen Theorien. Eine davon wäre die Strahlung abgegeben vom schwarzen Loch auch „Hawking Strahlung“ genannt.

5.1 Schwarzschild Radius

Der Schwarzschild Radius wurde von dem Deutschen Astronomen Karl Schwarzschild entdeckt ist ein Bereich der angibt wie klein eine bestimmte Masse komprimieren sein muss um ein Schwarzes Loch zu werden. Dabei wird ausgerechnet wie der Radius sein muss damit die Fluchtgeschwindigkeit des Objektes die Lichtgeschwindigkeit beträgt. Zum Beispiel beträgt die Fluchtgeschwindigkeit auf der Erde Dies bedeutet, dass je höher die Masse eines Objekts ist desto grösser ist sein Schwarzschild Radius. Wichtige Faktoren die den Schwarzschild Radius beeinflussen können sind Masse, Rotation und die elektrische Ladung.

Formel zur Berechnung des Schwarzschild Radius:

(Wenn Fluchtgeschwindigkeit c erreicht)

R = Radius des Horizontes

G = Gravitationskonstante

M = Masse des Sterns

c = Lichtgeschwindigkeit

5.2 Ereignishorizont

Der Ereignishorizont ist eine von uns gedachte Oberfläche, wo ein Außenstehender Betrachter keine Informationen mehr darüber gewinnen kann. Dieser entsteht wenn ein Objekt unter seinen Schwarzschild Radius ist. Dies hat auch die Folge, dass nichts aus dem Ereignishorizont entfliehen kann, selbst Licht nicht. Das ist auch der Grund warum schwarze Löcher schwarz sind. Das beweist auch, dass schwarze Löcher keine Löcher sind, sondern dass ab dem Ereignishorizont nichts fliehen kann und dann vom schwarzen Loch verschluckt wird.

5.3 Singularität und Stringtheorie

Die Singularität liegt im Zentrum eines schwarzen Lochs und nach der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Singularität ein Punkt wo Dichte, Temperatur und Raum-Zeit Krümmung unendlich ist und die Zeit endet. Wendet man die Gesetze der Quantenmechanik stellt man fest, dass dieser Punkt, diese Singularität ein noch kleineres Volumen als ein Atom hat. Aber es besitzt dennoch ein Volumen.

Die beste Möglichkeit das zu erklären ist durch die Stringtheorie. Denn die Stringtheorie vereint die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik. Das allgemeine Ziel der Stringtheorie ist es, die Welt vollständig zu erklären. Dabei wird angenommen, dass die ganze Materie aus „Strings“. Diese Strings sollen die Grundbausteine der Natur sein. Diese kann man sich wie ein Gummiband oder die Seiten einer Gitarre vorstellen. Dieser String schwingt dann hin und her, somit besitzt er Schwingungsenergie. Und die kann man nach der Formel der Relativitätstheorie E = mc² nach Masse umwandeln. Wie viel Masse ein String besitzt hangt von seiner Schwingungsenergie ab. Stark schwingende Strings ergeben eine größere Masse. Damit die Stringtheorie funktioniert existieren neun Dimensionen. Zusammen mit der Zeit wäre es dann eine zehn-Dimensionale Raum-Zeit. Von unseren drei Dimensionen sind die restlichen sechs quasi aufgerollt. Sie sind so klein aufgerollt, dass wir sie nicht wahrnehmen.

5.4 Hawking Strahlung

Die Hawking Strahlung wurde von Stephen Hawking entwickelt und besagt, dass schwarze Löcher Strahlung aussenden (Wärmestrahlung). Auf den ersten Blick wirkt das Absurd, denn schwarze Löcher haben so eine hohe Masse welche auf eine sehr kompakten Volumen komprimiert ist, dass nichts von ihnen entfliehen kann.Doch Stephen Hawking sagt, dass Teilchen aus den nichts entstehen können. Das wirkt auf den ersten Blick unmöglich, denn das widerspricht den Energie-Erhaltungssatz, ein Naturgesetz das besagt, dass Energie weder erschaffen noch zerstört werden kann.

Stephen Hawking beschreibt es so, dass man ein Teilchen hat, das aus positiver Energie besteht und ein Teilchen, das aus negativer Energie besteht. Wenn diese zusammentreffen dann kommt als Resultat nichts raus. Und das ist die Überlegung, dass so etwas beim schwarzen Loch entsteht, nur an einer ganz bestimmten Stelle. Diese Stelle ist der Ereignishorizont. Dabei entsteht ein Teilchen mit negativer Energie und eins mit positiver Energie. Das negative Teilchen wird vom schwarzen Loch eingezogen und das positive Teilchen schafft es zu Entfliehen. Und diese positive Energie ist dann die eigentliche Hawking Strahlung.

h = Planck’sches Wirkungsquantum

c = Lichtgeschwindigkeit

G = Gravitationskonstante

M = Masse des schwarzen Lochs

k_B = Boltzmannkonstante

T_H = Hawking Temperatur

Formel zur Berechnung der Hawking Temperatur um rauszufinden welche Temperatur schwarze Löcher haben können:

5.5 Rotierende Schwarze Löcher

Zunächst gibt es 2 Arten von schwarzen Löchern, und zwar welche die rotieren und nicht rotieren. Manche schwarzen Löcher rotieren, weil ihr Ursprungsstern auch rotiert hat und dessen Drehimpuls im schwarzen Loch weitergeleitet wurde. Bei der Rotation vom schwarzen Loch entsteht um seinen Kern ein zweiter innerer Horizont. Nach Einstein könnte ein Objekt so schnell um das schwarze Loch rotieren, dass es quasi hinausgeschleudert wird. Alles was durch diesen Horizont durchgeht wird so extrem beschleunigt, dass es die Lichtgeschwindigkeit erreicht. Man könnte die Welt von außen immer noch sehen, aber für einen Außenstehenden Betrachter konnte man nichts mehr von dem sehen was im Horizont ist sehen.

In einem schwarzen Loch wird die Energie nicht verbraucht, stattdessen baut sie sich auf bis zu einer bestimmten Dichte die man Planck Dichte nennt. Die Planck Dichte ist so, als würde man alle Galaxien die wir kennen zusammenpressen auf die Größe kleiner als ein Atom. Diese Dichte wird in einem schwarzen Loch erzeugt. Wenn ein Objekt in einem bestimmten Bereich ist den man Ergosphäre nennt ist, kann sich ein Objekt nicht Rotieren, da das schwarze Loch in diesen Bereich die Raum-Zeit Geometrie mitnimmt. Dies kann man sich wie ein Spinnennetz vorstellen. Wenn sich ein Objekt in der Mitte befindet und sich nicht dreht. Führen die Netze gerade zum Zentrum. Wenn sich aber das Objekt Rotiert, wird das mitgezogen und gewirbelt. Es sieht dann so aus wie ein Wasserstrudel.

5.6 Nachweis schwarzer Löcher

Schwarze Löcher sind gewaltige astronomische Objekte die alles verschlingen was ihnen zu nahe kommt. Doch da stellen sich viele die Frage… Wie kann man schwarze Löcher messen wenn sie doch nichts abgeben? Ein Grundbaustein des Universums sind schwarze Löcher. Denn fast jede Galaxie hat im inneren ein schwarzes Loch, sogar die Milchstraße. Man kann diese aber nicht einfach „sehen“, nicht mit dem Teleskop und auch nicht mit dem bloßen Auge. Stattdessen wird dabei die Materie um den Ereignishorizont beobachtet. Durch die große Anziehungskraft des schwarzen Lochs werden um dem Ereignishorizont die Teilchen aneinander gerieben, wodurch sehr viel Energie freigegeben wird. Dies kann als Akkretionsscheibe dann sichtbar sein.

Dies funktioniert bei stellaren schwarzen Löchern ganz gut, wenn sie auch einen Begleitstern haben, der sie mit Energie versorgt. Diese Energie wird dann als Wellenlange abgegeben, welche im Bereich der Röntgenstrahlung vorliegt. Bei Messungen kann man erkennen, dass die Energie um den Ereignishorizont am höchsten ist.

5.7 Ende schwarzer Löcher

Wie auch alles andere auf dieser Welt oder im ganzen Universum, hat alles ein Ende selbst schwarze Löcher, aber wie verschwindet ein Objekt das andere Objekte und selbst Licht verschwinden lässt? Man weiß diese Antwort nicht genau man kann sie durch die berühmte Theorie von Steven Hawking namens Hawking Strahlung verraten (siehe 4.4).

Steven Hawking hat die Quanten Physik auf schwarze Löcher angewandt und gezeigt, dass sie eigentlich gar nicht schwarz sind, sondern Wärmestrahlung abgeben. Und wenn diese Wärme entweicht, muss diese Energie von irgendwo herkommen. Einige Partikel die abgestrahlt werden, nehmen ein bisschen Masse und Energie mit sich. Mit der Zeit wird dann diese Strahlung stärker, während das schwarze Loch dann kleiner wird und dann Explodiert. Wenn alle schwarzen Löcher irgendwann sterben, ist dies auch das Ende des Universums so wie wir es kennen.

5.8 Arten von schwarzen Löchern

Es gibt viele verschiedene Arten von schwarzen Löchern. Sie werden aber hauptsächlich durch ihrer Masse unterteilt. Im Allgemeinen gibt es 4 Arten von schwarzen Löchern: