Was ist ein Schwarzes Loch? Entstehung, Ereignishorizont und was im Inneren passiert

Es gibt Orte im All, aus denen nichts, was einmal hineingeraten ist, je zurückkehrt – nicht einmal Licht. Lange existierten Schwarze Löcher nur auf dem Papier, als theoretische Kuriositäten. Heute können wir sie über Gravitationswellen „hören“ und sogar fotografieren.

Was genau ist ein Schwarzes Loch?

Ein Schwarzes Loch ist ein Bereich, in dem eine riesige Masse auf winzigem Raum zusammengepresst ist. Die Schwerkraft wächst mit der Masse und wird stärker, je näher man kommt. Ist genug Masse auf kleinem Raum vereint, übersteigt ab einem bestimmten Abstand die nötige Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit.

Da nichts schneller ist als Licht, kann nichts aus diesem Bereich entkommen. Die Grenze heißt Ereignishorizont. Sie macht das Schwarze Loch „schwarz“: Es sendet kein eigenes Licht aus und reflektiert auch keines.

Nach Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie von 1915 krümmt Masse die Raumzeit. Schwarze Löcher sind das extremste Beispiel – die Raumzeit wird dort zu einer Art bodenlosem Brunnen.

Wie entstehen Schwarze Löcher?

Die meisten Schwarzen Löcher entstehen beim Tod massereicher Sterne:

1. Ein Stern mit mindestens der 20-fachen Sonnenmasse leuchtet Millionen Jahre lang durch Kernfusion in seinem Inneren.
2. Ist der Brennstoff verbraucht, fehlt der nach außen gerichtete Druck – der Kern stürzt binnen Sekunden unter seinem eigenen Gewicht zusammen.
3. Die äußeren Schichten werden in einer gewaltigen Supernova ins All geschleudert.
4. Ist der verbleibende Kern schwer genug, kann keine Kraft den Kollaps aufhalten – ein Schwarzes Loch entsteht.

Leichtere Sterne enden als Weiße Zwerge oder Neutronensterne. Unsere Sonne ist viel zu leicht für ein Schwarzes Loch; in etwa fünf Milliarden Jahren wird sie als Weißer Zwerg verglühen.

Arten von Schwarzen Löchern

Fast jede große Galaxie hat in ihrem Zentrum ein supermassereiches Schwarzes Loch. Sagittarius A* im Herzen der Milchstraße bringt etwa 4 Millionen Sonnenmassen auf die Waage. Wie diese Riesen so groß wurden, ist eine der großen offenen Fragen der Astronomie.

Wie sieht man etwas Unsichtbares?

Ein Schwarzes Loch leuchtet nicht, doch seine Wirkung auf die Umgebung verrät es:

• Umlaufende Sterne: Astronominnen und Astronomen verfolgten jahrzehntelang Sterne, die um einen unsichtbaren Punkt im Zentrum der Milchstraße rasen. Für diese Arbeit – maßgeblich am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik unter Reinhard Genzel – gab es 2020 den Physik-Nobelpreis.
• Akkretionsscheiben: Gas, das spiralförmig ins Schwarze Loch stürzt, erhitzt sich durch Reibung auf Millionen Grad und strahlt im Röntgenlicht.
• Gravitationswellen: 2015 maßen die LIGO-Detektoren erstmals direkt Wellen in der Raumzeit, ausgelöst durch zwei verschmelzende Schwarze Löcher.
• Bilder: Das Event Horizon Telescope, ein weltweiter Verbund von Radioteleskopen, fotografierte 2019 den dunklen Schatten des Schwarzen Lochs in der Galaxie M87 und 2022 den von Sagittarius A* – jeweils umgeben von einem leuchtenden Ring.

Was passiert, wenn man hineinfällt?

Stell dir vor, du näherst dich einem Schwarzen Loch mit den Füßen voran. Die Schwerkraft zieht an deinen Füßen viel stärker als an deinem Kopf. Der Unterschied wird so groß, dass dein Körper in die Länge gezogen und seitlich zusammengedrückt wird – Physiker nennen das scherzhaft „Spaghettifizierung“.

Kurios: Bei kleinen Schwarzen Löchern ist das lange vor dem Ereignishorizont tödlich. Bei supermassereichen ist der Unterschied so sanft, dass man den Horizont überqueren könnte, ohne es zu bemerken.

Dann ist da noch die Zeit. Jemand, der aus der Ferne zusieht, sähe dich immer langsamer werden, je näher du dem Horizont kommst, dein Bild würde rot und blass. Für dich selbst verginge die Zeit ganz normal – ein extremer Fall der gravitativen Zeitdilatation, wie sie die allgemeine Relativitätstheorie vorhersagt.

Was hinter dem Ereignishorizont geschieht, wissen wir nicht. Die Theorie sagt im Zentrum eine Singularität mit unendlicher Dichte voraus. Die meisten Physikerinnen und Physiker erwarten aber, dass sich dieses Bild ändert, sobald es eine Theorie gibt, die Gravitation und Quantenphysik vereint.

Sind Schwarze Löcher gefährlich?

Anders als in Science-Fiction sind Schwarze Löcher keine kosmischen Staubsauger. Aus der Ferne zieht ein Schwarzes Loch genau wie ein Stern gleicher Masse. Würde die Sonne plötzlich durch ein gleich schweres Schwarzes Loch ersetzt, würde es auf der Erde dunkel – doch sie kreiste genau wie zuvor weiter.

Das nächste bekannte Schwarze Loch, Gaia BH1, ist etwa 1.560 Lichtjahre entfernt und keine Gefahr für das Sonnensystem.

Kurz gesagt

Schwarze Löcher sind Bereiche, in denen extrem verdichtete Masse die Raumzeit grenzenlos krümmt. Sie entstehen aus sterbenden Sternen, wachsen in Galaxienzentren zu Giganten heran und lassen jenseits des Ereignishorizonts nichts entkommen. Über ihre Wirkung auf die Umgebung können wir sie dennoch beobachten – und mit ihnen die grundlegendsten Gesetze des Universums testen.