Was ist ein Schwarzes Loch? Schwarzes Loch. Was ist in einem Schwarzen Loch? Wie Schwarze Löcher sterben

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Betrachten Sie das Geheimnisvolle und Unsichtbare Schwarze Löcher im Universum: interessante Fakten, Einsteins Forschung, supermassive und intermediäre Typen, Theorie, Struktur.

- eines der interessantesten und geheimnisvollsten Objekte im Weltraum. Sie haben eine hohe Dichte und die Gravitationskraft ist so stark, dass selbst Licht nicht über ihre Grenzen hinaus entkommen kann.

Albert Einstein sprach erstmals 1916 über Schwarze Löcher, als er die allgemeine Relativitätstheorie entwickelte. Der Begriff selbst entstand 1967 dank John Wheeler. Und das erste Schwarze Loch wurde 1971 „gesehen“.

Die Klassifizierung von Schwarzen Löchern umfasst drei Typen: Schwarze Löcher mit Sternmasse, supermassereiche Schwarze Löcher und Schwarze Löcher mittlerer Masse. Schauen Sie sich unbedingt das Video über Schwarze Löcher an, um viele interessante Fakten zu erfahren und diese mysteriösen kosmischen Formationen besser kennenzulernen.

Interessante Fakten über Schwarze Löcher

• Wenn Sie sich in einem Schwarzen Loch befinden, wird Sie die Schwerkraft strecken. Aber es besteht kein Grund zur Angst, denn Sie werden sterben, bevor Sie die Singularität erreichen. Eine Studie aus dem Jahr 2012 legt nahe, dass Quanteneffekte den Ereignishorizont in eine Feuerwand verwandeln, die Sie in einen Aschehaufen verwandelt.
• Schwarze Löcher „saugen“ nicht. Dieser Prozess wird durch ein Vakuum verursacht, das in dieser Formation nicht vorhanden ist. Das Material fällt also einfach ab.
• Das erste Schwarze Loch war Cygnus X-1, gefunden von Raketen mit Geigerzählern. 1971 empfingen Wissenschaftler ein Funksignal von Cygnus X-1. Dieses Objekt wurde Gegenstand eines Streits zwischen Kip Thorne und Stephen Hawking. Letzterer glaubte, dass es sich nicht um ein Schwarzes Loch handelte. 1990 gab er seine Niederlage zu.
• Unmittelbar nach dem Urknall könnten winzige Schwarze Löcher aufgetaucht sein. Der schnell rotierende Weltraum komprimierte einige Bereiche zu dichten Löchern, die weniger massiv als die Sonne waren.
• Wenn der Stern zu nahe kommt, könnte er auseinandergerissen werden.
• Es wird allgemein geschätzt, dass es bis zu einer Milliarde stellare Schwarze Löcher mit der dreifachen Masse der Sonne gibt.
• Wenn wir die Stringtheorie und die klassische Mechanik vergleichen, führt erstere zu mehr Varianten massiver Riesen.

Die Gefahr von Schwarzen Löchern

Wenn einem Stern der Treibstoff ausgeht, kann er mit der Selbstzerstörung beginnen. Wäre seine Masse dreimal so groß wie die der Sonne, würde der verbleibende Kern zu einem Neutronenstern oder Weißen Zwerg werden. Doch der größere Stern verwandelt sich in ein Schwarzes Loch.

Solche Objekte sind klein, haben aber eine unglaubliche Dichte. Stellen Sie sich vor, vor Ihnen befindet sich ein Objekt von der Größe einer Stadt, dessen Masse jedoch dreimal so groß ist wie die der Sonne. Dadurch entsteht eine unglaublich große Gravitationskraft, die Staub und Gas anzieht und so seine Größe vergrößert. Sie werden überrascht sein, aber es könnte mehrere hundert Millionen stellare Schwarze Löcher geben.

Supermassereiche Schwarze Löcher

Natürlich gibt es im Universum nichts, das mit der Großartigkeit supermassereicher Schwarzer Löcher vergleichbar ist. Sie übertreffen die Sonnenmasse um das Milliardenfache. Es wird angenommen, dass solche Objekte in fast jeder Galaxie existieren. Wissenschaftler kennen noch nicht alle Feinheiten des Entstehungsprozesses. Höchstwahrscheinlich wachsen sie aufgrund der Ansammlung von Masse aus umgebendem Staub und Gas.

Möglicherweise verdanken sie ihre Größe der Verschmelzung Tausender kleiner Schwarzer Löcher. Oder ein ganzer Sternhaufen könnte zusammenbrechen.

Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien

Die Astrophysikerin Olga Silchenko über die Entdeckung eines supermassiven Schwarzen Lochs im Andromeda-Nebel, John Kormendys Forschung und dunkle gravitierende Körper:

Die Natur kosmischer Radioquellen

Der Astrophysiker Anatoly Zasov über Synchrotronstrahlung, Schwarze Löcher in den Kernen entfernter Galaxien und neutrales Gas:

Mittlere Schwarze Löcher

Vor nicht allzu langer Zeit haben Wissenschaftler einen neuen Typ entdeckt – Schwarze Löcher mittlerer Masse. Sie können entstehen, wenn Sterne in einem Sternhaufen kollidieren und eine Kettenreaktion auslösen. Dadurch fallen sie ins Zentrum und bilden ein supermassereiches Schwarzes Loch.

Im Jahr 2014 entdeckten Astronomen einen Zwischentyp im Arm einer Spiralgalaxie. Sie sind sehr schwer zu finden, da sie sich an unvorhersehbaren Orten befinden können.

Mikroschwarze Löcher

Physiker Eduard Boos über die Sicherheit des LHC, die Geburt eines Mikroschwarzen Lochs und das Konzept einer Membran:

Theorie des Schwarzen Lochs

Schwarze Löcher sind extrem massereiche Objekte, erstrecken sich aber über einen relativ kleinen Raum. Darüber hinaus verfügen sie über eine enorme Schwerkraft, die verhindert, dass Objekte (und sogar Licht) ihr Territorium verlassen. Es ist jedoch unmöglich, sie direkt zu sehen. Forscher müssen sich die Strahlung ansehen, die entsteht, wenn sich ein Schwarzes Loch speist.

Interessanterweise kommt es vor, dass Materie, die auf ein Schwarzes Loch zusteuert, vom Ereignishorizont abprallt und herausgeschleudert wird. In diesem Fall entstehen helle Materialstrahlen, die sich mit relativistischen Geschwindigkeiten bewegen. Diese Emissionen können über große Entfernungen nachgewiesen werden.

- erstaunliche Objekte, bei denen die Schwerkraft so enorm ist, dass sie Licht verbiegen, den Raum verzerren und die Zeit verzerren kann.

Bei Schwarzen Löchern lassen sich drei Schichten unterscheiden: der äußere und innere Ereignishorizont sowie die Singularität.

Der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs ist die Grenze, an der Licht keine Chance hat, zu entkommen. Sobald ein Teilchen diese Linie überschreitet, kann es diese nicht mehr verlassen. Der innere Bereich, in dem sich die Masse eines Schwarzen Lochs befindet, wird Singularität genannt.

Wenn wir vom Standpunkt der klassischen Mechanik aus sprechen, kann einem Schwarzen Loch nichts entkommen. Aber Quanten nehmen ihre eigene Korrektur vor. Tatsache ist, dass jedes Teilchen ein Antiteilchen hat. Sie haben die gleiche Masse, aber unterschiedliche Ladungen. Wenn sie sich überschneiden, können sie sich gegenseitig vernichten.

Wenn ein solches Paar außerhalb des Ereignishorizonts erscheint, kann einer von ihnen angezogen und der andere abgestoßen werden. Dadurch kann der Horizont schrumpfen und das Schwarze Loch kollabieren. Wissenschaftler versuchen immer noch, diesen Mechanismus zu untersuchen.

Akkretion

Der Astrophysiker Sergei Popov über supermassereiche Schwarze Löcher, Planetenentstehung und Materieansammlung im frühen Universum:

Die berühmtesten Schwarzen Löcher

Häufig gestellte Fragen zu Schwarzen Löchern

Genauer gesagt ist ein Schwarzes Loch ein bestimmter Bereich im Weltraum, in dem eine so große Masse konzentriert ist, dass kein einziges Objekt dem Einfluss der Schwerkraft entkommen kann. Wenn es um die Schwerkraft geht, verlassen wir uns auf die allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein. Um die Details des untersuchten Objekts zu verstehen, gehen wir Schritt für Schritt vor.

Stellen wir uns vor, Sie befinden sich auf der Oberfläche des Planeten und werfen einen Felsbrocken. Wenn Sie nicht über die Kraft des Hulk verfügen, können Sie nicht genügend Kraft ausüben. Dann wird der Stein eine bestimmte Höhe erreichen, aber unter dem Druck der Schwerkraft wird er zurückfallen. Wenn Sie über das verborgene Potenzial eines grünen starken Mannes verfügen, können Sie dem Objekt eine ausreichende Beschleunigung verleihen, wodurch es die Zone des Gravitationseinflusses vollständig verlässt. Dies wird als „Fluchtgeschwindigkeit“ bezeichnet.

Wenn wir es auf eine Formel herunterbrechen, hängt diese Geschwindigkeit von der Planetenmasse ab. Je größer es ist, desto stärker ist der Gravitationsgriff. Die Abfahrtsgeschwindigkeit hängt davon ab, wo genau Sie sich befinden: Je näher Sie am Zentrum sind, desto einfacher ist das Aussteigen. Die Abfluggeschwindigkeit unseres Planeten beträgt 11,2 km/s, sie beträgt jedoch 2,4 km/s.

Wir nähern uns dem interessantesten Teil. Nehmen wir an, Sie haben ein Objekt mit einer unglaublichen Massenkonzentration, das an einem winzigen Ort gesammelt ist. In diesem Fall übersteigt die Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit. Und wir wissen, dass sich nichts schneller bewegt als dieser Indikator, was bedeutet, dass niemand in der Lage sein wird, eine solche Kraft zu überwinden und zu entkommen. Selbst ein Lichtstrahl kann das nicht!

Bereits im 18. Jahrhundert beschäftigte sich Laplace mit der extremen Massenkonzentration. In Anlehnung an die Allgemeine Relativitätstheorie gelang es Karl Schwarzschild, eine mathematische Lösung für die Gleichung der Theorie zur Beschreibung eines solchen Objekts zu finden. Weitere Beiträge kamen von Oppenheimer, Wolkoff und Snyder (1930er Jahre). Von diesem Moment an begannen die Menschen, dieses Thema ernsthaft zu diskutieren. Es wurde klar: Wenn einem massereichen Stern der Treibstoff ausgeht, kann er der Schwerkraft nicht mehr standhalten und wird zwangsläufig in ein Schwarzes Loch kollabieren.

In Einsteins Theorie ist die Schwerkraft eine Manifestation der Krümmung von Raum und Zeit. Tatsache ist, dass die üblichen geometrischen Regeln hier nicht funktionieren und massive Objekte die Raumzeit verzerren. Das Schwarze Loch hat bizarre Eigenschaften, daher ist seine Verzerrung am deutlichsten sichtbar. Beispielsweise hat ein Objekt einen „Ereignishorizont“. Dies ist die Oberfläche der Kugel, die die Linie des Lochs markiert. Das heißt, wenn Sie diese Grenze überschreiten, gibt es kein Zurück mehr.

Im wahrsten Sinne des Wortes ist dies der Ort, an dem die Fluchtgeschwindigkeit der Lichtgeschwindigkeit entspricht. Außerhalb dieses Ortes ist die Fluchtgeschwindigkeit geringer als die Lichtgeschwindigkeit. Wenn Ihre Rakete jedoch beschleunigen kann, ist genügend Energie vorhanden, um zu entkommen.

Der Horizont selbst ist geometrisch recht seltsam. Wenn Sie weit weg sind, haben Sie das Gefühl, auf eine statische Oberfläche zu blicken. Doch wenn man näher kommt, erkennt man, dass es sich mit Lichtgeschwindigkeit nach außen bewegt! Jetzt verstehe ich, warum es leicht ist, hineinzukommen, aber so schwer zu entkommen. Ja, das ist sehr verwirrend, denn tatsächlich steht der Horizont still, aber gleichzeitig rast er mit Lichtgeschwindigkeit. Es ist wie bei Alice, die so schnell wie möglich rennen musste, um an Ort und Stelle zu bleiben.

Beim Auftreffen auf den Horizont erfahren Raum und Zeit eine so starke Verzerrung, dass die Koordinaten beginnen, die Rolle der radialen Entfernung und der Schaltzeit zu beschreiben. Das heißt, „r“, das den Abstand vom Zentrum markiert, wird temporär und „t“ ist nun für „Räumlichkeit“ verantwortlich. Infolgedessen können Sie die Bewegung mit einem niedrigeren Index von r nicht stoppen, genauso wie Sie in normaler Zeit nicht in die Zukunft vordringen können. Sie werden zu einer Singularität kommen, bei der r = 0 ist. Sie können Raketen werfen, den Motor auf Maximum laufen lassen, aber Sie können nicht entkommen.

Der Begriff „Schwarzes Loch“ wurde von John Archibald Wheeler geprägt. Zuvor wurden sie „gekühlte Sterne“ genannt.

Der Physiker Emil Akhmedov über die Erforschung von Schwarzen Löchern, Karl Schwarzschild und riesigen Schwarzen Löchern:

Es gibt zwei Möglichkeiten zu berechnen, wie groß etwas ist. Sie können die Masse oder die Größe der Fläche benennen. Wenn wir das erste Kriterium berücksichtigen, gibt es keine spezifische Grenze für die Masse eines Schwarzen Lochs. Sie können jede beliebige Menge verwenden, solange Sie sie auf die erforderliche Dichte komprimieren können.

Die meisten dieser Formationen entstanden nach dem Tod massereicher Sterne, daher würde man erwarten, dass ihr Gewicht gleichwertig sein sollte. Die typische Masse für ein solches Loch wäre das Zehnfache der Sonne – 10 31 kg. Darüber hinaus muss jede Galaxie ein zentrales supermassereiches Schwarzes Loch beherbergen, dessen Masse die Sonnenmasse um das Millionenfache übersteigt – 10 36 kg.

Je massiver das Objekt ist, desto mehr Masse bedeckt es. Der Horizontradius und die Masse sind direkt proportional, das heißt, wenn ein Schwarzes Loch zehnmal mehr wiegt als ein anderes, dann ist sein Radius zehnmal größer. Der Radius eines Lochs mit Sonnenmasse beträgt 3 km, und wenn es eine Million Mal größer ist, dann 3 Millionen km. Das scheinen unglaublich massive Dinge zu sein. Aber vergessen wir nicht, dass es sich dabei um Standardkonzepte der Astronomie handelt. Der Sonnenradius erreicht 700.000 km und der eines Schwarzen Lochs ist viermal größer.

Nehmen wir an, Sie haben Pech und Ihr Schiff bewegt sich unaufhaltsam auf ein supermassereiches Schwarzes Loch zu. Es hat keinen Sinn zu kämpfen. Sie stellen einfach die Motoren ab und machen sich auf den Weg zum Unvermeidlichen. Was zu erwarten ist?

Beginnen wir mit der Schwerelosigkeit. Sie befinden sich im freien Fall, sodass die Besatzung, das Schiff und alle Teile schwerelos sind. Je näher man der Mitte des Lochs kommt, desto stärker sind die Gezeitenkräfte zu spüren. Beispielsweise sind Ihre Füße näher an der Mitte als Ihr Kopf. Dann haben Sie das Gefühl, dass Sie überdehnt werden. Dadurch werden Sie einfach auseinandergerissen.

Diese Kräfte sind erst dann wahrnehmbar, wenn man sich dem Zentrum auf 600.000 km nähert. Dies ist bereits hinter dem Horizont. Aber wir reden hier von einem riesigen Objekt. Wenn du in ein Loch mit der Masse der Sonne fällst, dann würden dich die Gezeitenkräfte 6000 km vom Zentrum entfernt verschlingen und dich zerreißen, bevor du den Horizont erreichst (deshalb schicken wir dich in das große Loch, damit du schon sterben kannst). innerhalb des Lochs und nicht bei der Annäherung) .

Was ist innen? Ich möchte nicht enttäuschen, aber nichts Besonderes. Bei manchen Objekten kann es zu Verzerrungen kommen, sonst ist nichts Ungewöhnliches zu sehen. Selbst nachdem Sie den Horizont überquert haben, werden Sie die Dinge um Sie herum sehen, die sich mit Ihnen bewegen.

Wie lange wird das alles dauern? Alles hängt von Ihrer Entfernung ab. Sie haben beispielsweise von einem Ruhepunkt aus begonnen, an dem die Singularität das Zehnfache des Lochradius beträgt. Die Annäherung an den Horizont dauert nur 8 Minuten und der Eintritt in die Singularität weitere 7 Sekunden. Wenn Sie in ein kleines Schwarzes Loch fallen, geht alles schneller.

Sobald Sie den Horizont überqueren, können Sie Raketen abschießen, schreien und weinen. Für all dies haben Sie 7 Sekunden Zeit, bis Sie in die Singularität gelangen. Aber nichts wird dich retten. Also genießt einfach die Fahrt.

Nehmen wir an, Sie sind dem Untergang geweiht und fallen in ein Loch, und Ihr Freund sieht aus der Ferne zu. Nun, er wird die Dinge anders sehen. Sie werden feststellen, dass Sie langsamer werden, je näher Sie dem Horizont kommen. Aber selbst wenn ein Mensch hundert Jahre lang sitzt, wird er nicht warten, bis Sie den Horizont erreichen.

Versuchen wir es zu erklären. Das Schwarze Loch könnte aus einem kollabierenden Stern entstanden sein. Da das Material zerstört ist, sieht Kirill (lass ihn dein Freund sein), dass es abnimmt, wird aber nie bemerken, dass es sich dem Horizont nähert. Deshalb wurden sie „gefrorene Sterne“ genannt, weil sie in einem bestimmten Radius zu erstarren scheinen.

Was ist los? Nennen wir es eine optische Täuschung. Es bedarf keiner Unendlichkeit, um ein Loch zu bilden, genauso wie es nicht notwendig ist, den Horizont zu überschreiten. Je näher man kommt, desto länger dauert es, bis das Licht Kirill erreicht. Genauer gesagt wird die Echtzeitstrahlung Ihres Übergangs für immer am Horizont aufgezeichnet. Sie haben die Linie längst überschritten und Kirill beobachtet immer noch das Lichtsignal.

Oder Sie nähern sich von der anderen Seite. Am Horizont vergeht die Zeit länger. Sie haben zum Beispiel ein superstarkes Schiff. Du hast es geschafft, näher an den Horizont zu kommen, dort ein paar Minuten zu bleiben und lebend zu Kirill herauszukommen. Wen wirst du sehen? Alter Mann! Schließlich verging die Zeit für Sie viel langsamer.

Was ist dann wahr? Illusion oder Zeitspiel? Es hängt alles vom Koordinatensystem ab, das zur Beschreibung des Schwarzen Lochs verwendet wird. Wenn man sich auf Schwarzschild-Koordinaten verlässt, dann wird beim Überqueren des Horizonts die Zeitkoordinate (t) mit Unendlich gleichgesetzt. Die Messwerte des Systems bieten jedoch einen verschwommenen Überblick darüber, was in der Nähe des Objekts selbst geschieht. An der Horizontlinie sind alle Koordinaten verzerrt (Singularität). Sie können jedoch beide Koordinatensysteme verwenden, sodass die beiden Antworten gültig sind.

In Wirklichkeit werden Sie einfach unsichtbar und Kirill wird Sie nicht mehr sehen, bevor viel Zeit vergangen ist. Vergessen Sie nicht die Rotverschiebung. Sie emittieren beobachtbares Licht bei einer bestimmten Wellenlänge, aber Kirill wird es bei einer längeren Wellenlänge sehen. Die Wellen werden länger, je näher sie dem Horizont kommen. Vergessen Sie außerdem nicht, dass Strahlung in bestimmten Photonen auftritt.

Beispielsweise senden Sie im Moment des Übergangs das letzte Photon. Es wird Kirill zu einer bestimmten endlichen Zeit erreichen (etwa eine Stunde für ein supermassereiches Schwarzes Loch).

Natürlich nicht. Vergessen Sie nicht die Existenz des Ereignishorizonts. Dies ist der einzige Bereich, aus dem Sie nicht herauskommen. Es reicht aus, sich ihr einfach nicht zu nähern und sich ruhig zu fühlen. Darüber hinaus wird Ihnen dieses Objekt aus sicherer Entfernung sehr gewöhnlich erscheinen.

Hawkings Informationsparadoxon

Der Physiker Emil Akhmedov über die Wirkung der Schwerkraft auf elektromagnetische Wellen, das Informationsparadoxon von Schwarzen Löchern und das Prinzip der Vorhersagbarkeit in der Wissenschaft:

Keine Panik, denn die Sonne wird sich nie in ein solches Objekt verwandeln, weil sie einfach nicht genug Masse hat. Darüber hinaus wird es noch weitere 5 Milliarden Jahre sein heutiges Aussehen behalten. Dann wird er zum Roten Riesen übergehen, Merkur und Venus absorbieren und unseren Planeten gründlich verbrennen, und dann zu einem gewöhnlichen Weißen Zwerg werden.

Aber lassen Sie uns der Fantasie frönen. So wurde die Sonne zu einem Schwarzen Loch. Zunächst werden wir sofort von Dunkelheit und Kälte umhüllt. Die Erde und andere Planeten werden nicht in das Loch gesaugt. Sie werden das neue Objekt weiterhin auf normalen Umlaufbahnen umkreisen. Warum? Denn der Horizont wird nur 3 km erreichen und die Schwerkraft wird uns nichts anhaben können.

Ja. Natürlich können wir uns nicht auf die sichtbare Beobachtung verlassen, da das Licht nicht entweichen kann. Aber es gibt Indizienbeweise. Sie sehen beispielsweise einen Bereich, der ein Schwarzes Loch enthalten könnte. Wie kann ich das überprüfen? Beginnen Sie mit der Messung der Masse. Wenn klar ist, dass es in einem Bereich zu viel davon gibt oder es scheinbar unsichtbar ist, dann sind Sie auf dem richtigen Weg. Es gibt zwei Suchpunkte: das galaktische Zentrum und binäre Systeme mit Röntgenstrahlung.

So wurden in 8 Galaxien massereiche Zentralobjekte gefunden, deren Kernmasse zwischen einer Million und einer Milliarde Sonnenmassen liegt. Die Masse wird durch Beobachtung der Rotationsgeschwindigkeit von Sternen und Gas um das Zentrum berechnet. Je schneller, desto größer muss die Masse sein, um sie im Orbit zu halten.

Diese massiven Objekte gelten aus zwei Gründen als Schwarze Löcher. Nun, es gibt einfach keine Optionen mehr. Massiver, dunkler und kompakter geht es nicht. Darüber hinaus gibt es eine Theorie, dass sich in allen aktiven und großen Galaxien ein solches Monster im Zentrum versteckt. Dennoch ist dies kein 100-prozentiger Beweis.

Doch zwei aktuelle Erkenntnisse sprechen für die Theorie. In der nächsten aktiven Galaxie wurde ein „Wassermaser“-System (eine starke Mikrowellenstrahlungsquelle) in der Nähe des Kerns beobachtet. Mithilfe eines Interferometers kartierten Wissenschaftler die Verteilung der Gasgeschwindigkeiten. Das heißt, sie haben die Geschwindigkeit innerhalb eines halben Lichtjahres im galaktischen Zentrum gemessen. Dies half ihnen zu verstehen, dass sich im Inneren ein massives Objekt befand, dessen Radius ein halbes Lichtjahr erreichte.

Der zweite Fund ist noch überzeugender. Forscher, die Röntgenstrahlen verwendeten, stießen auf eine Spektrallinie des galaktischen Kerns, die auf die Anwesenheit von Atomen in der Nähe hinweist, deren Geschwindigkeit unglaublich hoch ist (1/3 der Lichtgeschwindigkeit). Darüber hinaus entsprach die Emission einer Rotverschiebung, die dem Horizont des Schwarzen Lochs entspricht.

Eine weitere Klasse findet sich in der Milchstraße. Dabei handelt es sich um stellare Schwarze Löcher, die nach einer Supernova-Explosion entstehen. Wenn sie einzeln existierten, würden wir sie selbst aus der Nähe kaum bemerken. Aber wir haben Glück, denn die meisten existieren in dualen Systemen. Sie sind leicht zu finden, da das Schwarze Loch die Masse seines Nachbarn anzieht und sie durch die Schwerkraft beeinflusst. Das „herausgezogene“ Material bildet eine Akkretionsscheibe, in der sich alles erwärmt und dadurch starke Strahlung entsteht.

Nehmen wir an, Sie haben es geschafft, ein Binärsystem zu finden. Wie verstehen Sie, dass ein kompaktes Objekt ein Schwarzes Loch ist? Wieder wenden wir uns an die Massen. Messen Sie dazu die Umlaufgeschwindigkeit eines nahegelegenen Sterns. Wenn die Masse bei solch kleinen Abmessungen unglaublich groß ist, dann gibt es keine Optionen mehr.

Dies ist ein komplexer Mechanismus. Stephen Hawking brachte bereits in den 1970er Jahren ein ähnliches Thema zur Sprache. Er sagte, dass Schwarze Löcher nicht wirklich „schwarz“ seien. Es gibt quantenmechanische Effekte, die dazu führen, dass es Strahlung erzeugt. Allmählich beginnt das Loch zu schrumpfen. Die Strahlungsrate nimmt mit abnehmender Masse zu, das Loch strahlt also immer mehr ab und beschleunigt den Kontraktionsprozess, bis es sich auflöst.

Dies ist jedoch nur ein theoretisches Schema, da niemand genau sagen kann, was in der letzten Phase passiert. Manche Leute denken, dass eine kleine, aber stabile Spur zurückbleibt. Moderne Theorien haben noch nichts Besseres hervorgebracht. Aber der Prozess selbst ist unglaublich und komplex. Es ist notwendig, Parameter in der gekrümmten Raumzeit zu berechnen, und die Ergebnisse selbst können unter normalen Bedingungen nicht überprüft werden.

Der Energieerhaltungssatz kann hier angewendet werden, jedoch nur für kurze Zeiträume. Das Universum kann Energie und Masse von Grund auf erzeugen, aber sie müssen schnell verschwinden. Eine der Erscheinungsformen sind Vakuumschwankungen. Paare aus Teilchen und Antiteilchen wachsen aus dem Nichts, existieren für eine bestimmte kurze Zeitspanne und sterben in gegenseitiger Zerstörung. Wenn sie auftauchen, wird das Energiegleichgewicht gestört, aber nach dem Verschwinden wird alles wiederhergestellt. Es scheint fantastisch, aber dieser Mechanismus wurde experimentell bestätigt.

Nehmen wir an, eine der Vakuumschwankungen wirkt in der Nähe des Horizonts eines Schwarzen Lochs. Vielleicht fällt eines der Teilchen hinein und das zweite rennt weg. Wer entkommt, nimmt einen Teil der Energie des Lochs mit und kann dem Betrachter in die Augen fallen. Es wird ihm so vorkommen, als hätte ein dunkles Objekt einfach ein Teilchen freigesetzt. Doch der Vorgang wiederholt sich und wir sehen einen kontinuierlichen Strahlungsstrom aus dem Schwarzen Loch.

Wir haben bereits gesagt, dass Kirill das Gefühl hat, dass man die Unendlichkeit braucht, um über die Horizontlinie hinauszugehen. Darüber hinaus wurde erwähnt, dass Schwarze Löcher nach einer endlichen Zeitspanne verdampfen. Wenn Sie also den Horizont erreichen, wird das Loch verschwinden?

Nein. Als wir Kirills Beobachtungen schilderten, sprachen wir nicht über den Verdunstungsprozess. Aber wenn dieser Prozess vorhanden ist, dann ändert sich alles. Ihr Freund wird Sie genau im Moment der Verdunstung über den Horizont fliegen sehen. Warum?

Eine optische Täuschung beherrscht Kirill. Das emittierte Licht im Ereignishorizont braucht lange, um seinen Freund zu erreichen. Wenn das Loch ewig anhält, kann sich das Licht auf unbestimmte Zeit ausbreiten, und Kirill wird nicht auf den Übergang warten. Aber wenn das Loch verdampft ist, kann nichts das Licht stoppen und es wird den Kerl im Moment der Strahlungsexplosion erreichen. Aber es ist dir egal, denn du bist schon vor langer Zeit in der Singularität gestorben.

Die Formeln der Allgemeinen Relativitätstheorie weisen ein interessantes Merkmal auf – die zeitliche Symmetrie. Beispielsweise können Sie sich in jeder Gleichung vorstellen, dass die Zeit rückwärts fließt und Sie eine andere, aber dennoch korrekte Lösung erhalten. Wenn wir dieses Prinzip auf Schwarze Löcher anwenden, entsteht ein Weißes Loch.

Ein Schwarzes Loch ist ein abgegrenzter Bereich, aus dem nichts entkommen kann. Aber die zweite Option ist ein weißes Loch, in das nichts fallen kann. Tatsächlich schiebt sie alles weg. Obwohl aus mathematischer Sicht alles glatt aussieht, beweist dies nicht ihre Existenz in der Natur. Höchstwahrscheinlich gibt es keine, und es gibt keine Möglichkeit, das herauszufinden.

Bisher haben wir über die Klassiker der Schwarzen Löcher gesprochen. Sie rotieren nicht und haben keine elektrische Ladung. Aber in der umgekehrten Version beginnt das Interessanteste. Sie können beispielsweise hineingehen, aber die Singularität meiden. Darüber hinaus ist sein „Inneres“ in der Lage, mit einem Weißen Loch in Kontakt zu treten. Das heißt, Sie befinden sich in einer Art Tunnel, in dem das Schwarze Loch der Eingang und das Weiße Loch der Ausgang ist. Diese Kombination wird Wurmloch genannt.

Interessanterweise kann sich ein Weißes Loch überall befinden, sogar in einem anderen Universum. Wenn wir wissen, wie wir solche Wurmlöcher kontrollieren können, können wir einen schnellen Transport in jeden Bereich des Weltraums ermöglichen. Und noch cooler ist die Möglichkeit einer Zeitreise.

Aber packen Sie Ihren Rucksack erst, wenn Sie ein paar Dinge wissen. Leider besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass es solche Formationen nicht gibt. Wir haben bereits gesagt, dass Weiße Löcher eine Schlussfolgerung aus mathematischen Formeln sind und kein reales und bestätigtes Objekt. Und alle beobachteten Schwarzen Löcher erzeugen fallende Materie und bilden keine Wurmlöcher. Und der letzte Halt ist die Singularität.

Trotz der enormen Errungenschaften auf dem Gebiet der Physik und Astronomie gibt es viele Phänomene, deren Wesen noch nicht vollständig geklärt ist. Zu diesen Phänomenen gehören mysteriöse Schwarze Löcher, über die alle Informationen nur theoretisch sind und nicht auf praktische Weise überprüft werden können.

Gibt es Schwarze Löcher?

Noch vor dem Aufkommen der Relativitätstheorie schlugen Astronomen eine Theorie über die Existenz schwarzer Trichter vor. Nach der Veröffentlichung von Einsteins Theorie wurde die Frage der Schwerkraft überarbeitet und es tauchten neue Annahmen zum Problem der Schwarzen Löcher auf. Es ist unrealistisch, dieses kosmische Objekt zu sehen, da es das gesamte in seinen Raum eintretende Licht absorbiert. Wissenschaftler beweisen die Existenz von Schwarzen Löchern anhand der Analyse der Bewegung interstellaren Gases und der Flugbahnen von Sternen.

Die Bildung von Schwarzen Löchern führt zu Veränderungen der Raum-Zeit-Eigenschaften um sie herum. Die Zeit scheint unter dem Einfluss der enormen Schwerkraft komprimiert zu werden und verlangsamt sich. Sterne, die sich im Weg eines schwarzen Trichters befinden, können von ihrer Route abweichen und sogar die Richtung ändern. Schwarze Löcher absorbieren die Energie ihres Zwillingssterns, was sich auch manifestiert.

Wie sieht ein Schwarzes Loch aus?

Informationen über Schwarze Löcher sind größtenteils hypothetisch. Wissenschaftler untersuchen sie auf ihre Wirkung auf den Weltraum und die Strahlung. Es ist nicht möglich, schwarze Löcher im Universum zu sehen, da sie das gesamte Licht absorbieren, das in den nahegelegenen Weltraum gelangt. Von speziellen Satelliten wurde ein Röntgenbild von schwarzen Objekten aufgenommen, das ein helles Zentrum zeigt, das die Strahlungsquelle darstellt.

Wie entstehen Schwarze Löcher?

Ein Schwarzes Loch im Weltraum ist eine separate Welt mit eigenen einzigartigen Eigenschaften und Eigenschaften. Die Eigenschaften kosmischer Löcher werden durch die Gründe für ihr Auftreten bestimmt. Bezüglich des Aussehens schwarzer Objekte gibt es folgende Theorien:

1. Sie sind das Ergebnis von Zusammenbrüchen im Weltraum. Dies könnte eine Kollision großer kosmischer Körper oder eine Supernova-Explosion sein.
2. Sie entstehen durch die Gewichtung von Weltraumobjekten unter Beibehaltung ihrer Größe. Der Grund für dieses Phänomen wurde nicht ermittelt.

Ein schwarzer Trichter ist ein Objekt im Weltraum, das relativ klein ist, aber eine große Masse hat. Die Theorie des Schwarzen Lochs besagt, dass jedes kosmische Objekt potenziell zu einem Schwarzen Trichter werden kann, wenn es aufgrund einiger Phänomene seine Größe verliert, aber seine Masse behält. Wissenschaftler sprechen sogar von der Existenz vieler schwarzer Mikrolöcher – Miniatur-Weltraumobjekte mit relativ großer Masse. Diese Diskrepanz zwischen Masse und Größe führt zu einer Vergrößerung des Gravitationsfeldes und dem Auftreten einer starken Anziehung.

Was ist in einem Schwarzen Loch?

Das schwarze, mysteriöse Objekt kann nur als großes Loch bezeichnet werden. Das Zentrum dieses Phänomens ist ein kosmischer Körper mit erhöhter Schwerkraft. Das Ergebnis dieser Schwerkraft ist eine starke Anziehungskraft auf die Oberfläche dieses kosmischen Körpers. Dabei entsteht eine Wirbelströmung, in der Gase und kosmische Staubkörner rotieren. Daher ist es richtiger, ein Schwarzes Loch als Schwarzen Trichter zu bezeichnen.

Es ist praktisch unmöglich herauszufinden, was sich im Inneren eines Schwarzen Lochs befindet, da die Schwerkraft des kosmischen Wirbels es keinem Objekt erlaubt, aus seinem Einflussbereich zu entkommen. Laut Wissenschaftlern herrscht im Inneren eines Schwarzen Lochs völlige Dunkelheit, weil darin Lichtquanten unwiderruflich verschwinden. Es wird angenommen, dass im Inneren des schwarzen Trichters Raum und Zeit verzerrt sind; die Gesetze der Physik und Geometrie gelten an diesem Ort nicht. Solche Eigenschaften von Schwarzen Löchern könnten vermutlich zur Bildung von Antimaterie führen, was Wissenschaftlern derzeit unbekannt ist.

Warum sind Schwarze Löcher gefährlich?

Schwarze Löcher werden manchmal als Objekte beschrieben, die umgebende Objekte, Strahlung und Partikel absorbieren. Diese Vorstellung ist falsch: Die Eigenschaften eines Schwarzen Lochs erlauben es ihm, nur das zu absorbieren, was in seinen Einflussbereich fällt. Es kann kosmische Mikropartikel und Strahlung absorbieren, die von Zwillingssternen ausgehen. Selbst wenn sich ein Planet in der Nähe eines Schwarzen Lochs befindet, wird er nicht absorbiert, sondern bewegt sich weiter auf seiner Umlaufbahn.

Was passiert, wenn man in ein Schwarzes Loch fällt?

Die Eigenschaften von Schwarzen Löchern hängen von der Stärke des Gravitationsfeldes ab. Schwarze Trichter ziehen alles an, was in ihren Einflussbereich kommt. In diesem Fall ändern sich die raumzeitlichen Eigenschaften. Wissenschaftler, die sich mit Schwarzen Löchern befassen, sind sich nicht einig darüber, was mit den Objekten in diesem Wirbel passiert:

• Einige Wissenschaftler vermuten, dass alle Objekte, die in diese Löcher fallen, gestreckt oder in Stücke gerissen werden und keine Zeit haben, die Oberfläche des anziehenden Objekts zu erreichen.
• Andere Wissenschaftler behaupten, dass in Löchern alle üblichen Eigenschaften verzerrt sind, sodass Objekte dort in Zeit und Raum zu verschwinden scheinen. Aus diesem Grund werden Schwarze Löcher manchmal als Tore zu anderen Welten bezeichnet.

Arten von Schwarzen Löchern

Schwarze Trichter werden je nach Art ihrer Entstehung in Typen unterteilt:

1. Schwarze Objekte mit Sternmasse entstehen am Ende des Lebens einiger Sterne. Die vollständige Verbrennung eines Sterns und das Ende thermonuklearer Reaktionen führt zur Kompression des Sterns. Wenn der Stern einem Gravitationskollaps unterliegt, kann er sich in einen schwarzen Trichter verwandeln.
2. Supermassive schwarze Trichter. Wissenschaftler behaupten, dass der Kern jeder Galaxie ein supermassereicher Trichter ist, dessen Bildung der Beginn der Entstehung einer neuen Galaxie ist.
3. Ursprüngliche schwarze Löcher. Dazu können Löcher unterschiedlicher Masse gehören, einschließlich Mikrolöchern, die aufgrund von Unterschieden in der Dichte der Materie und der Stärke der Schwerkraft entstehen. Solche Löcher sind Trichter, die am Anfang des Universums entstanden sind. Dazu gehören auch Objekte wie ein haariges Schwarzes Loch. Diese Löcher zeichnen sich durch das Vorhandensein haarähnlicher Strahlen aus. Es wird angenommen, dass diese Photonen und Gravitonen einen Teil der Informationen behalten, die in das Schwarze Loch fallen.
4. Quantenschwarze Löcher. Sie entstehen durch Kernreaktionen und leben nur für kurze Zeit. Quantentrichter sind von größtem Interesse, da ihre Untersuchung dazu beitragen kann, Fragen zum Problem schwarzer kosmischer Objekte zu beantworten.
5. Einige Wissenschaftler identifizieren diese Art von Weltraumobjekten als haariges Schwarzes Loch. Diese Löcher zeichnen sich durch das Vorhandensein haarähnlicher Strahlen aus. Es wird angenommen, dass diese Photonen und Gravitonen einen Teil der Informationen behalten, die in das Schwarze Loch fallen.

Das der Erde am nächsten gelegene Schwarze Loch

Das nächste Schwarze Loch ist 3.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Es heißt V616 Monocerotis oder V616 Mon. Sein Gewicht erreicht 9-13 Sonnenmassen. Der Doppelsternpartner dieses Lochs ist ein Stern mit der halben Sonnenmasse. Ein weiterer relativ erdnaher Trichter ist Cygnus X-1. Es liegt 6.000 Lichtjahre von der Erde entfernt und wiegt 15-mal mehr als die Sonne. Dieses kosmische Schwarze Loch hat auch einen eigenen binären Partner, dessen Bewegung hilft, den Einfluss von Cygnus X-1 nachzuvollziehen.

Schwarze Löcher – interessante Fakten

Wissenschaftler erzählen die folgenden interessanten Fakten über schwarze Objekte:

1. Wenn wir berücksichtigen, dass diese Objekte das Zentrum von Galaxien sind, müssen wir, um den größten Trichter zu finden, die größte Galaxie entdecken. Daher ist das größte Schwarze Loch im Universum der Trichter in der Galaxie IC 1101 im Zentrum des Abell 2029-Clusters.
2. Schwarze Objekte sehen tatsächlich wie mehrfarbige Objekte aus. Der Grund dafür liegt in ihrer radiomagnetischen Strahlung.
3. In der Mitte eines Schwarzen Lochs gibt es keine dauerhaften physikalischen oder mathematischen Gesetze. Es hängt alles von der Masse des Lochs und seinem Gravitationsfeld ab.
4. Die schwarzen Trichter verdunsten nach und nach.
5. Das Gewicht schwarzer Trichter kann unglaubliche Größen erreichen. Das größte Schwarze Loch hat eine Masse von 30 Millionen Sonnenmassen.

Aufgrund des relativ neuen Interesses an der Erstellung populärwissenschaftlicher Filme zum Thema Weltraumforschung haben moderne Zuschauer viel über Phänomene wie die Singularität oder das Schwarze Loch gehört. Allerdings enthüllen Filme offensichtlich nicht die volle Natur dieser Phänomene und verzerren manchmal sogar die konstruierten wissenschaftlichen Theorien, um eine größere Wirkung zu erzielen. Aus diesem Grund ist das Verständnis vieler moderner Menschen über diese Phänomene entweder völlig oberflächlich oder völlig falsch. Eine der Lösungen für das aufgetretene Problem ist dieser Artikel, in dem wir versuchen werden, die vorhandenen Forschungsergebnisse zu verstehen und die Frage zu beantworten: Was ist ein Schwarzes Loch?

Im Jahr 1784 erwähnte der englische Priester und Naturforscher John Michell erstmals in einem Brief an die Royal Society einen bestimmten hypothetischen massiven Körper, der eine so starke Anziehungskraft besitzt, dass seine zweite Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit übersteigt. Die zweite Fluchtgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, die ein relativ kleines Objekt benötigt, um die Anziehungskraft eines Himmelskörpers zu überwinden und die geschlossene Umlaufbahn um diesen Körper zu verlassen. Nach seinen Berechnungen wird ein Körper mit der Dichte der Sonne und einem Radius von 500 Sonnenradien auf seiner Oberfläche eine zweite kosmische Geschwindigkeit haben, die der Lichtgeschwindigkeit entspricht. In diesem Fall verlässt nicht einmal Licht die Oberfläche eines solchen Körpers, und daher absorbiert dieser Körper nur das einfallende Licht und bleibt für den Betrachter unsichtbar – eine Art schwarzer Fleck vor dem Hintergrund des dunklen Raums.

Allerdings erregte Michells Konzept eines supermassereichen Körpers bis zur Arbeit von Einstein kein großes Interesse. Erinnern wir uns daran, dass Letzterer die Lichtgeschwindigkeit als die maximale Geschwindigkeit der Informationsübertragung definierte. Darüber hinaus erweiterte Einstein die Gravitationstheorie auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit (). Infolgedessen war es nicht mehr relevant, die Newtonsche Theorie auf Schwarze Löcher anzuwenden.

Einsteins Gleichung

Als Ergebnis der Anwendung der Allgemeinen Relativitätstheorie auf Schwarze Löcher und der Lösung von Einsteins Gleichungen wurden die Hauptparameter eines Schwarzen Lochs identifiziert, von denen es nur drei gibt: Masse, elektrische Ladung und Drehimpuls. Erwähnenswert ist der bedeutende Beitrag des indischen Astrophysikers Subramanian Chandrasekhar, der die grundlegende Monographie „Mathematische Theorie der Schwarzen Löcher“ verfasst hat.

Somit wird die Lösung von Einsteins Gleichungen in vier Optionen für vier mögliche Arten von Schwarzen Löchern dargestellt:

• BH ohne Rotation und ohne Ladung – Schwarzschild-Lösung. Eine der ersten Beschreibungen eines Schwarzen Lochs (1916) unter Verwendung von Einsteins Gleichungen, jedoch ohne Berücksichtigung von zwei der drei Parameter des Körpers. Die Lösung des deutschen Physikers Karl Schwarzschild ermöglicht die Berechnung des äußeren Gravitationsfeldes eines kugelförmigen massiven Körpers. Die Besonderheit des Konzepts der Schwarzen Löcher des deutschen Wissenschaftlers ist das Vorhandensein eines Ereignishorizonts und das Verstecken dahinter. Schwarzschild war auch der erste, der den nach ihm benannten Gravitationsradius berechnete, der den Radius der Kugel bestimmt, auf der sich der Ereignishorizont für einen Körper mit einer bestimmten Masse befinden würde.
• BH ohne Rotation mit Ladung – Reisner-Nordström-Lösung. Eine zwischen 1916 und 1918 vorgeschlagene Lösung, die die mögliche elektrische Ladung eines Schwarzen Lochs berücksichtigt. Diese Ladung kann nicht beliebig groß sein und ist aufgrund der daraus resultierenden elektrischen Abstoßung begrenzt. Letzteres muss durch die Schwerkraft kompensiert werden.
• BH mit Rotation und ohne Ladung – Kerrs Lösung (1963). Ein rotierendes Kerr-Schwarzes Loch unterscheidet sich von einem statischen durch das Vorhandensein einer sogenannten Ergosphäre (lesen Sie mehr über diese und andere Komponenten eines Schwarzen Lochs).
• BH mit Rotation und Ladung – Kerr-Newman-Lösung. Diese Lösung wurde 1965 berechnet und ist derzeit die vollständigste, da sie alle drei Parameter des Schwarzen Lochs berücksichtigt. Allerdings geht man immer noch davon aus, dass Schwarze Löcher in der Natur eine unbedeutende Ladung haben.

Entstehung eines Schwarzen Lochs

Es gibt mehrere Theorien darüber, wie ein Schwarzes Loch entsteht und erscheint. Die bekannteste davon besagt, dass es durch den Gravitationskollaps eines Sterns mit ausreichender Masse entsteht. Eine solche Kompression kann die Entwicklung von Sternen mit einer Masse von mehr als drei Sonnenmassen beenden. Nach Abschluss der thermonuklearen Reaktionen im Inneren solcher Sterne beginnen sie, sich schnell zu Superdichte zu verdichten. Wenn der Gasdruck eines Neutronensterns die Gravitationskräfte nicht kompensieren kann, überwindet die Masse des Sterns die sogenannte. Wenn die Oppenheimer-Volkoff-Grenze überschritten wird, setzt sich der Kollaps fort, was dazu führt, dass Materie zu einem Schwarzen Loch komprimiert wird.

Das zweite Szenario, das die Geburt eines Schwarzen Lochs beschreibt, ist die Kompression von protogalaktischem Gas, also interstellarem Gas im Stadium der Umwandlung in eine Galaxie oder eine Art Cluster. Wenn der Innendruck nicht ausreicht, um die gleichen Gravitationskräfte auszugleichen, kann ein Schwarzes Loch entstehen.

Zwei weitere Szenarien bleiben hypothetisch:

• Die Entstehung eines Schwarzen Lochs als Folge des sogenannten Urschwarze Löcher.
• Auftreten als Folge von Kernreaktionen, die bei hohen Energien ablaufen. Ein Beispiel für solche Reaktionen sind Experimente an Kollidern.

Struktur und Physik von Schwarzen Löchern

Die Struktur eines Schwarzen Lochs umfasst laut Schwarzschild nur zwei Elemente, die zuvor erwähnt wurden: die Singularität und den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs. Wenn man kurz über die Singularität spricht, kann man feststellen, dass es unmöglich ist, eine gerade Linie durch sie zu ziehen, und dass auch die meisten existierenden physikalischen Theorien in ihr nicht funktionieren. Daher bleibt die Physik der Singularität für Wissenschaftler bis heute ein Rätsel. Ein Schwarzes Loch ist eine bestimmte Grenze, bei deren Überschreitung ein physisches Objekt die Möglichkeit verliert, über seine Grenzen hinaus zurückzukehren, und definitiv in die Singularität des Schwarzen Lochs „fallen“ wird.

Etwas komplizierter wird die Struktur eines Schwarzen Lochs im Fall der Kerr-Lösung, nämlich bei Vorhandensein einer Rotation des Schwarzen Lochs. Kerrs Lösung geht davon aus, dass das Loch eine Ergosphäre hat. Die Ergosphäre ist ein bestimmter Bereich außerhalb des Ereignishorizonts, in dem sich alle Körper in der Rotationsrichtung des Schwarzen Lochs bewegen. Dieser Bereich ist noch nicht aufregend und es ist im Gegensatz zum Ereignishorizont möglich, ihn zu verlassen. Die Ergosphäre ist wahrscheinlich eine Art Analogon einer Akkretionsscheibe und stellt rotierende Materie um massive Körper dar. Wenn ein statisches Schwarzschild-Schwarzes Loch als schwarze Kugel dargestellt wird, dann hat das Kerry-Schwarze Loch aufgrund der Anwesenheit einer Ergosphäre die Form eines abgeflachten Ellipsoids, in der wir früher oft Schwarze Löcher in Zeichnungen sahen Filme oder Videospiele.

• Wie viel wiegt ein Schwarzes Loch? – Das theoretischste Material zur Entstehung eines Schwarzen Lochs liegt für das Szenario seines Auftretens infolge des Zusammenbruchs eines Sterns vor. In diesem Fall werden die maximale Masse eines Neutronensterns und die minimale Masse eines Schwarzen Lochs durch die Oppenheimer-Volkoff-Grenze bestimmt, wonach die Untergrenze der Masse eines Schwarzen Lochs 2,5 - 3 Sonnenmassen beträgt. Das schwerste Schwarze Loch, das jemals entdeckt wurde (in der Galaxie NGC 4889), hat eine Masse von 21 Milliarden Sonnenmassen. Wir sollten jedoch die Schwarzen Löcher nicht vergessen, die hypothetisch als Ergebnis von Kernreaktionen bei hohen Energien entstehen, beispielsweise bei Kollidern. Die Masse solcher Quantenschwarzen Löcher, also „Planck-Schwarzer Löcher“, liegt in der Größenordnung von 2·10−5 g.
• Größe des Schwarzen Lochs. Der minimale Radius eines Schwarzen Lochs lässt sich aus der minimalen Masse (2,5 – 3 Sonnenmassen) berechnen. Wenn der Gravitationsradius der Sonne, also der Bereich, in dem sich der Ereignishorizont befinden würde, etwa 2,95 km beträgt, dann beträgt der minimale Radius eines Schwarzen Lochs mit 3 Sonnenmassen etwa neun Kilometer. Solche relativ kleinen Größen sind schwer zu verstehen, wenn es sich um massive Objekte handelt, die alles um sich herum anziehen. Für Quantenschwarze Löcher beträgt der Radius jedoch 10 −35 m.
• Die durchschnittliche Dichte eines Schwarzen Lochs hängt von zwei Parametern ab: Masse und Radius. Die Dichte eines Schwarzen Lochs mit einer Masse von etwa drei Sonnenmassen beträgt etwa 6 10 26 kg/m³, während die Dichte von Wasser 1000 kg/m³ beträgt. Solch kleine Schwarze Löcher wurden von Wissenschaftlern jedoch noch nicht gefunden. Die meisten entdeckten Schwarzen Löcher haben Massen von mehr als 10 5 Sonnenmassen. Es gibt ein interessantes Muster: Je massereicher das Schwarze Loch ist, desto geringer ist seine Dichte. In diesem Fall führt eine Massenänderung um 11 Größenordnungen zu einer Dichteänderung um 22 Größenordnungen. So hat ein Schwarzes Loch mit einer Masse von 1·10 9 Sonnenmassen eine Dichte von 18,5 kg/m³, also eins weniger als die Dichte von Gold. Und Schwarze Löcher mit einer Masse von mehr als 10 10 Sonnenmassen können eine durchschnittliche Dichte haben, die geringer ist als die von Luft. Basierend auf diesen Berechnungen ist es logisch anzunehmen, dass die Bildung eines Schwarzen Lochs nicht durch die Kompression von Materie erfolgt, sondern durch die Ansammlung einer großen Menge an Materie in einem bestimmten Volumen. Im Fall von Quantenschwarzen Löchern kann ihre Dichte etwa 10 94 kg/m³ betragen.
• Die Temperatur eines Schwarzen Lochs hängt auch umgekehrt von seiner Masse ab. Diese Temperatur steht in direktem Zusammenhang mit. Das Spektrum dieser Strahlung stimmt mit dem Spektrum eines absolut schwarzen Körpers überein, also eines Körpers, der alle einfallende Strahlung absorbiert. Das Strahlungsspektrum eines absolut schwarzen Körpers hängt nur von seiner Temperatur ab, dann lässt sich die Temperatur des Schwarzen Lochs aus dem Hawking-Strahlungsspektrum bestimmen. Wie oben erwähnt, ist diese Strahlung umso stärker, je kleiner das Schwarze Loch ist. Gleichzeitig bleibt die Hawking-Strahlung hypothetisch, da sie von Astronomen noch nicht beobachtet wurde. Daraus folgt, dass bei Vorhandensein von Hawking-Strahlung die Temperatur der beobachteten Schwarzen Löcher so niedrig ist, dass diese Strahlung nicht nachgewiesen werden kann. Berechnungen zufolge ist selbst die Temperatur eines Lochs mit einer Masse in der Größenordnung der Sonnenmasse vernachlässigbar klein (1·10 -7 K oder -272°C). Die Temperatur von Quantenschwarzen Löchern kann etwa 10 12 K erreichen, und durch ihre schnelle Verdampfung (etwa 1,5 Minuten) können solche Schwarzen Löcher die Energie von etwa zehn Millionen Atombomben abgeben. Aber glücklicherweise würde die Schaffung solcher hypothetischen Objekte eine Energie erfordern, die 10 bis 14 Mal größer ist als die, die heute am Large Hadron Collider erreicht wird. Darüber hinaus wurden solche Phänomene von Astronomen noch nie beobachtet.

Woraus besteht ein Schwarzes Loch?

Eine andere Frage beschäftigt sowohl Wissenschaftler als auch diejenigen, die sich einfach für Astrophysik interessieren: Woraus besteht ein Schwarzes Loch? Auf diese Frage gibt es keine eindeutige Antwort, da es nicht möglich ist, über den Ereignishorizont um ein Schwarzes Loch hinauszuschauen. Darüber hinaus berücksichtigen theoretische Modelle eines Schwarzen Lochs, wie bereits erwähnt, nur drei seiner Komponenten: die Ergosphäre, den Ereignishorizont und die Singularität. Es ist logisch anzunehmen, dass es in der Ergosphäre nur solche Objekte gibt, die vom Schwarzen Loch angezogen wurden und nun um es kreisen – verschiedene Arten kosmischer Körper und kosmisches Gas. Der Ereignishorizont ist nur eine dünne implizite Grenze, jenseits derer dieselben kosmischen Körper unwiderruflich von der letzten Hauptkomponente des Schwarzen Lochs angezogen werden – der Singularität. Die Natur der Singularität ist heute noch nicht erforscht und es ist noch zu früh, über ihre Zusammensetzung zu sprechen.

Einigen Annahmen zufolge könnte ein Schwarzes Loch aus Neutronen bestehen. Wenn wir das Szenario der Entstehung eines Schwarzen Lochs als Folge der Kompression eines Sterns zu einem Neutronenstern mit anschließender Kompression verfolgen, dann besteht wahrscheinlich der Hauptteil des Schwarzen Lochs aus Neutronen, aus denen der Neutronenstern selbst besteht zusammengesetzt. Vereinfacht ausgedrückt: Wenn ein Stern kollabiert, werden seine Atome so komprimiert, dass sich Elektronen mit Protonen verbinden und so Neutronen entstehen. Eine ähnliche Reaktion kommt tatsächlich in der Natur vor, und bei der Bildung eines Neutrons entsteht Neutrinostrahlung. Dies sind jedoch nur Annahmen.

Was passiert, wenn man in ein Schwarzes Loch fällt?

Der Sturz in ein astrophysikalisches Schwarzes Loch führt zu einer Dehnung des Körpers. Stellen Sie sich einen hypothetischen Selbstmord-Kosmonauten vor, der nur mit einem Raumanzug bekleidet und mit den Füßen voran in ein Schwarzes Loch fliegt. Beim Überqueren des Ereignishorizonts wird der Astronaut keine Veränderungen bemerken, obwohl er keine Möglichkeit mehr hat, zurückzukehren. Irgendwann erreicht der Astronaut einen Punkt (etwas hinter dem Ereignishorizont), an dem es zu einer Verformung seines Körpers kommt. Da das Gravitationsfeld eines Schwarzen Lochs ungleichmäßig ist und sich durch einen zum Zentrum hin zunehmenden Kraftgradienten darstellt, unterliegen die Beine des Astronauten einem deutlich stärkeren Gravitationseinfluss als beispielsweise der Kopf. Dann „fallen“ die Beine aufgrund der Schwerkraft bzw. der Gezeitenkräfte schneller. Dadurch beginnt sich der Körper allmählich zu verlängern. Um dieses Phänomen zu beschreiben, haben sich Astrophysiker einen recht kreativen Begriff ausgedacht: Spaghettiifizierung. Eine weitere Dehnung des Körpers wird ihn wahrscheinlich in Atome zerlegen, die früher oder später eine Singularität erreichen. Man kann nur vermuten, wie sich eine Person in dieser Situation fühlen wird. Es ist erwähnenswert, dass der Effekt der Dehnung eines Körpers umgekehrt proportional zur Masse des Schwarzen Lochs ist. Das heißt, wenn ein Schwarzes Loch mit der Masse von drei Sonnen den Körper sofort dehnt/zerreißt, dann wird das supermassereiche Schwarze Loch geringere Gezeitenkräfte haben und es gibt Hinweise darauf, dass einige physikalische Materialien eine solche Verformung „tolerieren“ könnten, ohne ihre Struktur zu verlieren.

Wie Sie wissen, vergeht die Zeit in der Nähe massiver Objekte langsamer, was bedeutet, dass die Zeit für einen Selbstmordattentäter-Astronauten viel langsamer vergeht als für Erdlinge. In diesem Fall wird er vielleicht nicht nur seine Freunde, sondern auch die Erde selbst überleben. Um zu bestimmen, wie viel Zeit sich für einen Astronauten verlangsamt, sind Berechnungen erforderlich. Aus dem oben Gesagten kann jedoch davon ausgegangen werden, dass der Astronaut sehr langsam in das Schwarze Loch fällt und möglicherweise den Moment, in dem er stirbt, einfach nicht mehr erleben wird Der Körper beginnt sich zu verformen.

Bemerkenswert ist, dass für einen Beobachter von außen alle Körper, die zum Ereignishorizont auffliegen, am Rand dieses Horizonts bleiben, bis ihr Bild verschwindet. Der Grund für dieses Phänomen ist die gravitative Rotverschiebung. Etwas vereinfacht können wir sagen, dass das Licht, das auf den am Ereignishorizont „eingefrorenen“ Körper eines selbstmörderischen Kosmonauten fällt, aufgrund seiner verlangsamten Zeit seine Frequenz ändert. Wenn die Zeit langsamer vergeht, nimmt die Frequenz des Lichts ab und die Wellenlänge zu. Als Folge dieses Phänomens verschiebt sich das Licht am Ausgang, also für einen externen Beobachter, allmählich in Richtung niedriger Frequenz – rot. Es kommt zu einer Verschiebung des Lichts entlang des Spektrums, da sich der Selbstmord-Kosmonaut, wenn auch fast unmerklich, immer weiter vom Beobachter entfernt und seine Zeit immer langsamer vergeht. Somit wird das von seinem Körper reflektierte Licht bald über das sichtbare Spektrum hinausgehen (das Bild wird verschwinden), und in Zukunft kann der Körper des Astronauten nur noch im Bereich der Infrarotstrahlung, später im Radiofrequenzbereich und infolgedessen erkannt werden Strahlung wird völlig schwer fassbar sein.

Trotz alledem wird davon ausgegangen, dass sich die Gezeitenkräfte in sehr großen supermassereichen Schwarzen Löchern mit der Entfernung nicht so stark ändern und fast gleichmäßig auf den fallenden Körper wirken. In diesem Fall würde das fallende Raumschiff seine Struktur behalten. Es stellt sich die berechtigte Frage: Wohin führt das Schwarze Loch? Diese Frage kann durch die Arbeit einiger Wissenschaftler beantwortet werden, die zwei Phänomene wie Wurmlöcher und Schwarze Löcher miteinander verbinden.

Bereits 1935 stellten Albert Einstein und Nathan Rosen eine Hypothese über die Existenz sogenannter Wurmlöcher auf, die zwei Punkte der Raumzeit durch Orte mit erheblicher Krümmung der letzteren verbinden – eine Einstein-Rosen-Brücke oder ein Wurmloch. Für eine so starke Raumkrümmung wären Körper mit gigantischer Masse erforderlich, deren Rolle Schwarze Löcher perfekt erfüllen würden.

Die Einstein-Rosen-Brücke gilt als unpassierbares Wurmloch, da sie klein und instabil ist.

Im Rahmen der Theorie der Schwarzen und Weißen Löcher ist ein durchquerbares Wurmloch möglich. Wobei das Weiße Loch die Ausgabe der im Schwarzen Loch gefangenen Informationen ist. Das Weiße Loch wird im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben, bleibt aber heute hypothetisch und wurde nicht entdeckt. Ein weiteres Modell eines Wurmlochs wurde von den amerikanischen Wissenschaftlern Kip Thorne und seinem Doktoranden Mike Morris vorgeschlagen, das passierbar sein kann. Allerdings setzt die Möglichkeit der Reise sowohl im Fall des Morris-Thorne-Wurmlochs als auch im Fall von Schwarzen und Weißen Löchern die Existenz sogenannter exotischer Materie voraus, die negative Energie besitzt und zudem hypothetisch bleibt.

Schwarze Löcher im Universum

Die Existenz von Schwarzen Löchern wurde erst vor relativ kurzer Zeit (September 2015) bestätigt, aber schon vorher gab es viel theoretisches Material über die Natur von Schwarzen Löchern sowie viele Kandidatenobjekte für die Rolle eines Schwarzen Lochs. Zunächst sollten Sie die Größe des Schwarzen Lochs berücksichtigen, da die eigentliche Natur des Phänomens von ihnen abhängt:

• Schwarzes Loch mit stellarer Masse. Solche Objekte entstehen durch den Kollaps eines Sterns. Wie bereits erwähnt, beträgt die Mindestmasse eines Körpers, der ein solches Schwarzes Loch bilden kann, 2,5 bis 3 Sonnenmassen.
• Schwarze Löcher mittlerer Masse. Ein bedingter Zwischentyp eines Schwarzen Lochs, das durch die Absorption nahegelegener Objekte gewachsen ist, beispielsweise eines Gashaufens, eines benachbarten Sterns (in Systemen aus zwei Sternen) und anderer kosmischer Körper.
• Supermassives Schwarzes Loch. Kompakte Objekte mit 10 5 -10 10 Sonnenmassen. Die charakteristischen Eigenschaften solcher Schwarzen Löcher sind ihre paradoxerweise geringe Dichte sowie die bereits erwähnten schwachen Gezeitenkräfte. Dies ist genau das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraßengalaxie (Sagittarius A*, Sgr A*) sowie der meisten anderen Galaxien.

Kandidaten für den ChD

Das nächstgelegene Schwarze Loch bzw. ein Kandidat für die Rolle eines Schwarzen Lochs ist ein Objekt (V616 Monoceros), das sich in einer Entfernung von 3000 Lichtjahren von der Sonne (in unserer Galaxie) befindet. Es besteht aus zwei Komponenten: einem Stern mit einer Masse von der Hälfte der Sonnenmasse sowie einem unsichtbaren kleinen Körper mit einer Masse von 3–5 Sonnenmassen. Wenn sich herausstellt, dass es sich bei diesem Objekt um ein kleines Schwarzes Loch mit Sternmasse handelt, wird es zu Recht zum nächstgelegenen Schwarzen Loch.

Nach diesem Objekt ist das zweitnächste Schwarze Loch das Objekt Cygnus X-1 (Cyg X-1), das der erste Kandidat für die Rolle eines Schwarzen Lochs war. Die Entfernung dazu beträgt etwa 6070 Lichtjahre. Ziemlich gut untersucht: Es hat eine Masse von 14,8 Sonnenmassen und einen Ereignishorizontradius von etwa 26 km.

Einigen Quellen zufolge könnte ein weiterer naheliegender Kandidat für die Rolle eines Schwarzen Lochs ein Körper im Sternensystem V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) sein, der sich Schätzungen aus dem Jahr 1999 zufolge in einer Entfernung von 1600 Lichtjahren befand. Spätere Studien haben diesen Abstand jedoch um mindestens das 15-fache erhöht.

Wie viele Schwarze Löcher gibt es in unserer Galaxie?

Auf diese Frage gibt es keine genaue Antwort, da ihre Beobachtung recht schwierig ist und Wissenschaftler im Laufe der gesamten Himmelsforschung etwa ein Dutzend Schwarze Löcher in der Milchstraße entdecken konnten. Ohne uns auf Berechnungen einzulassen, stellen wir fest, dass es in unserer Galaxie etwa 100–400 Milliarden Sterne gibt und etwa jeder tausendste Stern genug Masse hat, um ein Schwarzes Loch zu bilden. Es ist wahrscheinlich, dass sich während der Existenz der Milchstraße Millionen von Schwarzen Löchern gebildet haben. Da es einfacher ist, schwarze Löcher von enormer Größe zu entdecken, ist es logisch anzunehmen, dass die meisten Schwarzen Löcher in unserer Galaxie höchstwahrscheinlich nicht supermassereich sind. Bemerkenswert ist, dass NASA-Forschungen im Jahr 2005 auf die Anwesenheit eines ganzen Schwarms Schwarzer Löcher (10-20.000) schließen lassen, die um das Zentrum der Galaxie kreisen. Darüber hinaus entdeckten japanische Astrophysiker 2016 einen massiven Satelliten in der Nähe des Objekts* – ein Schwarzes Loch, den Kern der Milchstraße. Aufgrund des kleinen Radius (0,15 Lichtjahre) dieses Körpers sowie seiner enormen Masse (100.000 Sonnenmassen) gehen Wissenschaftler davon aus, dass es sich bei diesem Objekt ebenfalls um ein supermassereiches Schwarzes Loch handelt.

Der Kern unserer Galaxie, das Schwarze Loch der Milchstraße (Sagittarius A*, Sgr A* oder Sagittarius A*), ist supermassereich und hat eine Masse von 4,31 · 10 6 Sonnenmassen und einen Radius von 0,00071 Lichtjahren (6,25 Lichtstunden). . oder 6,75 Milliarden km). Die Temperatur von Sagittarius A* und dem Sternhaufen um ihn herum beträgt etwa 1·10 7 K.

Das größte Schwarze Loch

Das größte Schwarze Loch im Universum, das Wissenschaftler entdeckt haben, ist ein supermassereiches Schwarzes Loch, FSRQ Blazar, im Zentrum der Galaxie S5 0014+81, in einer Entfernung von 1,2 · 10 · 10 Lichtjahren von der Erde. Nach vorläufigen Beobachtungsergebnissen mit dem Swift-Weltraumobservatorium betrug die Masse des Schwarzen Lochs 40 Milliarden (40·10 9) Sonnenmassen, und der Schwarzschild-Radius eines solchen Lochs betrug 118,35 Milliarden Kilometer (0,013 Lichtjahre). Darüber hinaus entstand es Berechnungen zufolge vor 12,1 Milliarden Jahren (1,6 Milliarden Jahre nach dem Urknall). Wenn dieses riesige Schwarze Loch die ihn umgebende Materie nicht absorbiert, wird es das Zeitalter der Schwarzen Löcher erleben – eine der Epochen in der Entwicklung des Universums, in der Schwarze Löcher darin dominieren werden. Wenn der Kern der Galaxie S5 0014+81 weiter wächst, wird sie zu einem der letzten Schwarzen Löcher im Universum.

Die beiden anderen bekannten Schwarzen Löcher haben zwar keine eigenen Namen, sind aber für die Erforschung von Schwarzen Löchern von größter Bedeutung, da sie ihre Existenz experimentell bestätigten und auch wichtige Ergebnisse für die Erforschung der Schwerkraft lieferten. Die Rede ist vom Ereignis GW150914, bei dem es um die Kollision zweier Schwarzer Löcher zu einem geht. Diese Veranstaltung ermöglichte die Anmeldung.

Erkennung von Schwarzen Löchern

Bevor wir über Methoden zur Erkennung von Schwarzen Löchern nachdenken, sollten wir die Frage beantworten: Warum ist ein Schwarzes Loch schwarz? – Die Antwort darauf erfordert keine tiefen Kenntnisse der Astrophysik und Kosmologie. Tatsache ist, dass ein Schwarzes Loch die gesamte auf es fallende Strahlung absorbiert und überhaupt nicht emittiert, wenn man die Hypothese nicht berücksichtigt. Wenn wir dieses Phänomen genauer betrachten, können wir davon ausgehen, dass im Inneren von Schwarzen Löchern keine Prozesse stattfinden, die zur Freisetzung von Energie in Form elektromagnetischer Strahlung führen. Wenn dann ein Schwarzes Loch emittiert, geschieht dies im Hawking-Spektrum (das mit dem Spektrum eines erhitzten, absolut schwarzen Körpers übereinstimmt). Allerdings wurde diese Strahlung, wie bereits erwähnt, nicht nachgewiesen, was darauf hindeutet, dass die Temperatur von Schwarzen Löchern völlig niedrig ist.

Eine andere allgemein anerkannte Theorie besagt, dass elektromagnetische Strahlung den Ereignishorizont überhaupt nicht verlassen kann. Es ist sehr wahrscheinlich, dass Photonen (Lichtteilchen) nicht von massiven Objekten angezogen werden, da sie der Theorie zufolge selbst keine Masse haben. Allerdings „zieht“ das Schwarze Loch immer noch Lichtphotonen durch die Verzerrung der Raumzeit an. Wenn wir uns ein Schwarzes Loch im Weltraum als eine Art Vertiefung auf der glatten Oberfläche der Raumzeit vorstellen, dann gibt es einen gewissen Abstand vom Zentrum des Schwarzen Lochs, bei dessen Annäherung sich das Licht nicht mehr von ihm entfernen kann. Das heißt, grob gesagt, das Licht beginnt in ein „Loch“ zu „fallen“, das nicht einmal einen „Boden“ hat.

Wenn wir außerdem den Effekt der gravitativen Rotverschiebung berücksichtigen, ist es möglich, dass Licht in einem Schwarzen Loch seine Frequenz verliert und sich entlang des Spektrums in den Bereich niederfrequenter langwelliger Strahlung verschiebt, bis es insgesamt Energie verliert.

Ein Schwarzes Loch hat also eine schwarze Farbe und ist daher im Weltraum schwer zu erkennen.

Erkennungsmethoden

Schauen wir uns die Methoden an, mit denen Astronomen ein Schwarzes Loch entdecken:

Zusätzlich zu den oben genannten Methoden assoziieren Wissenschaftler häufig Objekte wie Schwarze Löcher und. Quasare sind bestimmte Ansammlungen kosmischer Körper und Gase, die zu den hellsten astronomischen Objekten im Universum gehören. Da sie bei relativ kleinen Größen eine hohe Lumineszenzintensität aufweisen, besteht Grund zur Annahme, dass das Zentrum dieser Objekte ein supermassereiches Schwarzes Loch ist, das umgebende Materie anzieht. Aufgrund dieser starken Anziehungskraft wird die angezogene Materie so stark erhitzt, dass sie intensiv strahlt. Die Entdeckung solcher Objekte wird üblicherweise mit der Entdeckung eines Schwarzen Lochs verglichen. Manchmal können Quasare Jets aus erhitztem Plasma in zwei Richtungen aussenden – relativistische Jets. Die Gründe für das Auftreten solcher Jets sind nicht ganz klar, aber sie werden wahrscheinlich durch die Wechselwirkung der Magnetfelder des Schwarzen Lochs und der Akkretionsscheibe verursacht und nicht vom direkten Schwarzen Loch emittiert.

Jet in der M87-Galaxie, der aus dem Zentrum des Schwarzen Lochs schießt

Um das Gesagte zusammenzufassen, kann man sich aus der Nähe vorstellen: Es handelt sich um ein kugelförmiges schwarzes Objekt, um das sich stark erhitzte Materie dreht und eine leuchtende Akkretionsscheibe bildet.

Verschmelzungen und Kollisionen von Schwarzen Löchern

Eines der interessantesten Phänomene der Astrophysik ist die Kollision von Schwarzen Löchern, die es auch ermöglicht, solche massiven astronomischen Körper zu entdecken. Solche Prozesse sind nicht nur für Astrophysiker von Interesse, da sie zu Phänomenen führen, die von Physikern kaum untersucht werden. Das auffälligste Beispiel ist das bereits erwähnte Ereignis GW150914, bei dem sich zwei Schwarze Löcher so nahe kamen, dass sie aufgrund ihrer gegenseitigen Anziehungskraft zu einem verschmelzen. Eine wichtige Folge dieser Kollision war die Entstehung von Gravitationswellen.

Gemäß der Definition handelt es sich bei Gravitationswellen um Veränderungen des Gravitationsfeldes, die sich wellenförmig von massereichen bewegten Objekten ausbreiten. Wenn sich zwei solcher Objekte nähern, beginnen sie, sich um einen gemeinsamen Schwerpunkt zu drehen. Je näher sie kommen, desto stärker wird ihre Drehung um die eigene Achse. Solche abwechselnden Schwingungen des Gravitationsfeldes können irgendwann eine starke Gravitationswelle bilden, die sich über Millionen von Lichtjahren im Weltraum ausbreiten kann. So kollidierten in einer Entfernung von 1,3 Milliarden Lichtjahren zwei Schwarze Löcher und erzeugten eine starke Gravitationswelle, die am 14. September 2015 die Erde erreichte und von den Detektoren LIGO und VIRGO aufgezeichnet wurde.

Wie sterben Schwarze Löcher?

Damit ein Schwarzes Loch nicht mehr existiert, müsste es natürlich seine gesamte Masse verlieren. Allerdings kann seiner Definition zufolge nichts das Schwarze Loch verlassen, wenn es seinen Ereignishorizont überschritten hat. Es ist bekannt, dass die Möglichkeit der Emission von Teilchen aus einem Schwarzen Loch erstmals vom sowjetischen theoretischen Physiker Wladimir Gribow in seiner Diskussion mit einem anderen sowjetischen Wissenschaftler, Jakow Seldowitsch, erwähnt wurde. Er argumentierte, dass ein Schwarzes Loch aus quantenmechanischer Sicht in der Lage sei, durch den Tunneleffekt Teilchen auszusenden. Später entwickelte der englische theoretische Physiker Stephen Hawking mithilfe der Quantenmechanik seine eigene, etwas andere Theorie. Sie können mehr über dieses Phänomen lesen. Kurz gesagt gibt es im Vakuum sogenannte virtuelle Teilchen, die ständig paarweise geboren werden und sich gegenseitig vernichten, ohne mit der Außenwelt zu interagieren. Wenn solche Paare jedoch am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs auftauchen, ist die starke Schwerkraft hypothetisch in der Lage, sie zu trennen, wobei ein Teilchen in das Schwarze Loch fällt und das andere sich vom Schwarzen Loch wegbewegt. Und da ein Teilchen, das von einem Loch wegfliegt, beobachtet werden kann und daher positive Energie hat, muss ein Teilchen, das in ein Loch fällt, negative Energie haben. Dadurch verliert das Schwarze Loch seine Energie und es kommt zu einem Effekt, der als Verdunstung des Schwarzen Lochs bezeichnet wird.

Nach bestehenden Modellen eines Schwarzen Lochs wird, wie bereits erwähnt, seine Strahlung mit abnehmender Masse intensiver. Dann, im Endstadium der Existenz des Schwarzen Lochs, wenn es möglicherweise auf die Größe eines Quantenschwarzen Lochs schrumpft, wird es eine riesige Energiemenge in Form von Strahlung freisetzen, die Tausenden oder sogar Millionen Atomenergie entsprechen könnte Bomben. Dieses Ereignis erinnert ein wenig an die Explosion eines Schwarzen Lochs, wie dieselbe Bombe. Berechnungen zufolge könnten durch den Urknall urzeitliche Schwarze Löcher entstanden sein, von denen solche mit einer Masse von etwa 10 12 kg um unsere Zeit verdampft und explodiert wären. Wie dem auch sei, solche Explosionen wurden von Astronomen nie bemerkt.

Trotz Hawkings vorgeschlagenem Mechanismus zur Zerstörung Schwarzer Löcher verursachen die Eigenschaften von Hawkings Strahlung ein Paradoxon im Rahmen der Quantenmechanik. Wenn ein Schwarzes Loch einen bestimmten Körper absorbiert und dann die Masse verliert, die durch die Absorption dieses Körpers entsteht, unterscheidet sich das Schwarze Loch unabhängig von der Beschaffenheit des Körpers nicht von dem, was es vor der Absorption des Körpers war. In diesem Fall gehen Informationen über den Körper für immer verloren. Aus theoretischer Sicht entspricht die Umwandlung des anfänglichen reinen Zustands in den resultierenden gemischten („thermischen“) Zustand nicht der aktuellen Theorie der Quantenmechanik. Dieses Paradoxon wird manchmal als das Verschwinden von Informationen in einem Schwarzen Loch bezeichnet. Eine endgültige Lösung für dieses Paradoxon wurde nie gefunden. Bekannte Lösungen für das Paradoxon:

• Die Ungültigkeit von Hawkings Theorie. Dies bringt die Unmöglichkeit mit sich, ein Schwarzes Loch zu zerstören und sein ständiges Wachstum.
• Vorhandensein von weißen Löchern. In diesem Fall verschwinden die aufgenommenen Informationen nicht, sondern werden einfach in ein anderes Universum geworfen.
• Die Widersprüchlichkeit der allgemein anerkannten Theorie der Quantenmechanik.

Ungelöstes Problem der Physik Schwarzer Löcher

Nach allem, was zuvor beschrieben wurde, weisen Schwarze Löcher, obwohl sie schon seit relativ langer Zeit untersucht werden, immer noch viele Merkmale auf, deren Mechanismen den Wissenschaftlern noch unbekannt sind.

• 1970 formulierte ein englischer Wissenschaftler das sogenannte. „das Prinzip der kosmischen Zensur“ – „Die Natur verabscheut nackte Einzigartigkeit.“ Das bedeutet, dass Singularitäten nur an verborgenen Orten entstehen, beispielsweise im Zentrum eines Schwarzen Lochs. Dieses Prinzip ist jedoch noch nicht bewiesen. Es gibt auch theoretische Berechnungen, nach denen eine „nackte“ Singularität entstehen kann.
• Auch das „No-Hair-Theorem“, wonach Schwarze Löcher nur drei Parameter haben, ist nicht bewiesen.
• Eine vollständige Theorie der Magnetosphäre des Schwarzen Lochs wurde noch nicht entwickelt.
• Die Natur und Physik der Gravitationssingularität wurde nicht untersucht.
• Es ist nicht sicher bekannt, was im Endstadium der Existenz eines Schwarzen Lochs passiert und was nach seinem Quantenzerfall übrig bleibt.

Interessante Fakten über Schwarze Löcher

Zusammenfassend können wir einige interessante und ungewöhnliche Merkmale der Natur von Schwarzen Löchern hervorheben:

• BHs haben nur drei Parameter: Masse, elektrische Ladung und Drehimpuls. Aufgrund der geringen Anzahl von Merkmalen dieses Körpers wird der Satz, der dies besagt, als „No-Hair-Theorem“ bezeichnet. Daher stammt auch der Satz „Ein Schwarzes Loch hat keine Haare“, was bedeutet, dass zwei Schwarze Löcher absolut identisch sind, ihre drei genannten Parameter sind gleich.
• Die Dichte des Schwarzen Lochs kann geringer sein als die Luftdichte und die Temperatur liegt nahe dem absoluten Nullpunkt. Daraus lässt sich schließen, dass die Bildung eines Schwarzen Lochs nicht durch die Kompression von Materie erfolgt, sondern durch die Ansammlung einer großen Menge Materie in einem bestimmten Volumen.
• Für Körper, die von einem Schwarzen Loch absorbiert werden, vergeht die Zeit viel langsamer als für einen externen Beobachter. Darüber hinaus dehnen sich die absorbierten Körper im Inneren des Schwarzen Lochs erheblich aus, was Wissenschaftler als Spaghettiifizierung bezeichnen.
• In unserer Galaxie gibt es möglicherweise etwa eine Million Schwarze Löcher.
• Im Zentrum jeder Galaxie befindet sich wahrscheinlich ein supermassereiches Schwarzes Loch.
• Dem theoretischen Modell zufolge wird das Universum in Zukunft das sogenannte Zeitalter der Schwarzen Löcher erreichen, in dem Schwarze Löcher die dominierenden Körper im Universum werden.

Jeder Mensch, der sich mit der Astronomie beschäftigt, verspürt früher oder später eine starke Neugier auf die geheimnisvollsten Objekte des Universums – Schwarze Löcher. Dies sind echte Herren der Dunkelheit, die in der Lage sind, jedes in der Nähe vorbeikommende Atom zu „verschlucken“ und nicht einmal Licht entkommen zu lassen – ihre Anziehungskraft ist so stark. Für Physiker und Astronomen stellen diese Objekte eine echte Herausforderung dar. Erstere können noch nicht verstehen, was mit der Materie passiert, die in das Schwarze Loch fällt, und Letztere hatten, obwohl sie die energieverbrauchendsten Phänomene im Weltraum mit der Existenz von Schwarzen Löchern erklären, nie die Gelegenheit, eines davon direkt zu beobachten . Wir erzählen Ihnen von diesen interessanten Himmelsobjekten, erfahren, was bereits entdeckt wurde und was noch zu lernen ist, um den Schleier der Geheimhaltung zu lüften.

Was ist ein Schwarzes Loch?

Der Name „Schwarzes Loch“ (auf Englisch – Schwarzes Loch) wurde 1967 vom amerikanischen theoretischen Physiker John Archibald Wheeler vorgeschlagen (siehe Foto links). Es diente zur Bezeichnung eines Himmelskörpers, dessen Anziehungskraft so stark ist, dass selbst Licht ihn nicht loslässt. Deshalb ist es „schwarz“, weil es kein Licht aussendet.

Indirekte Beobachtungen

Das ist der Grund für dieses Rätsel: Da Schwarze Löcher nicht leuchten, können wir sie nicht direkt sehen und sind gezwungen, nach ihnen zu suchen und sie zu untersuchen, indem wir uns nur auf indirekte Beweise verlassen, die ihre Existenz im umgebenden Weltraum hinterlässt. Mit anderen Worten: Wenn ein Schwarzes Loch einen Stern verschlingt, können wir das Schwarze Loch nicht sehen, aber wir können die verheerenden Auswirkungen seines starken Gravitationsfeldes beobachten.

Laplaces Intuition

Obwohl der Ausdruck „Schwarzes Loch“ zur Bezeichnung des hypothetischen Endstadiums der Entwicklung eines Sterns, der unter dem Einfluss der Schwerkraft in sich selbst kollabiert ist, relativ neu ist, entstand die Idee der Möglichkeit der Existenz solcher Körper mehr als zwei Mal vor Jahrhunderten. Der Engländer John Michell und der Franzose Pierre-Simon de Laplace stellten unabhängig voneinander die Hypothese auf, dass es „unsichtbare Sterne“ gebe; gleichzeitig basierten sie auf den üblichen Gesetzen der Dynamik und dem Newtonschen Gesetz der universellen Gravitation. Heute haben Schwarze Löcher ihre korrekte Beschreibung auf der Grundlage von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie erhalten.

In seinem Werk „Exposition of the System of the World“ (1796) schrieb Laplace: „Ein heller Stern mit der gleichen Dichte wie die Erde und einem Durchmesser, der 250-mal größer ist als der Durchmesser der Sonne, würde dank seiner Gravitationskraft einen Stern erzeugen, der die gleiche Dichte wie die Erde hat.“ Anziehungskraft, verhindern, dass Lichtstrahlen uns erreichen. Daher ist es möglich, dass die größten und hellsten Himmelskörper aus diesem Grund unsichtbar sind.“

Unbesiegbare Schwerkraft

Laplaces Idee basierte auf dem Konzept der Fluchtgeschwindigkeit (zweite kosmische Geschwindigkeit). Ein Schwarzes Loch ist ein so dichtes Objekt, dass seine Schwerkraft sogar Licht zurückhalten kann, das die höchste Geschwindigkeit in der Natur entwickelt (fast 300.000 km/s). In der Praxis erfordert die Flucht aus einem Schwarzen Loch höhere Geschwindigkeiten als die Lichtgeschwindigkeit, aber das ist unmöglich!

Das bedeutet, dass ein solcher Stern unsichtbar ist, da selbst Licht seine starke Schwerkraft nicht überwinden kann. Einstein erklärte diese Tatsache mit dem Phänomen der Lichtbeugung unter dem Einfluss eines Gravitationsfeldes. In der Realität ist die Raumzeit in der Nähe eines Schwarzen Lochs so stark gekrümmt, dass sich auch die Flugbahnen der Lichtstrahlen in sich selbst schließen. Um die Sonne in ein Schwarzes Loch zu verwandeln, müssen wir ihre gesamte Masse in einer Kugel mit einem Radius von 3 km konzentrieren, und die Erde muss sich in eine Kugel mit einem Radius von 9 mm verwandeln!

Arten von Schwarzen Löchern

Noch vor etwa zehn Jahren deuteten Beobachtungen auf die Existenz zweier Arten von Schwarzen Löchern hin: stellare, deren Masse mit der Masse der Sonne vergleichbar ist oder diese geringfügig übersteigt, und supermassive, deren Masse zwischen mehreren Hunderttausend und vielen Millionen Sonnenmassen liegt . Doch vor relativ kurzer Zeit brachten Röntgenbilder und hochauflösende Spektren von künstlichen Satelliten wie Chandra und XMM-Newton eine dritte Art von Schwarzen Löchern in den Vordergrund – mit einer durchschnittlichen Masse, die die Masse der Sonne um das Tausendfache übersteigt .

Stellare Schwarze Löcher

Stellare Schwarze Löcher wurden früher als andere bekannt. Sie entstehen, wenn ein massereicher Stern am Ende seines Entwicklungsweges seine Kernbrennstoffreserven erschöpft und aufgrund seiner eigenen Schwerkraft in sich selbst zusammenfällt. Eine Explosion, die einen Stern erschüttert (ein Phänomen, das als „Supernova-Explosion“ bekannt ist), hat katastrophale Folgen: Wenn der Kern des Sterns mehr als das Zehnfache der Sonnenmasse hat, kann keine Kernkraft dem Gravitationskollaps widerstehen, der zur Entstehung führt eines Schwarzen Lochs.

Supermassereiche Schwarze Löcher

Supermassereiche Schwarze Löcher, die erstmals in den Kernen einiger aktiver Galaxien beobachtet wurden, haben einen anderen Ursprung. Zu ihrer Entstehung gibt es mehrere Hypothesen: ein stellares Schwarzes Loch, das im Laufe von Millionen von Jahren alle Sterne um sich herum verschlingt; eine Ansammlung von Schwarzen Löchern, die miteinander verschmelzen; eine kolossale Gaswolke, die direkt in ein Schwarzes Loch kollabiert. Diese Schwarzen Löcher gehören zu den energiereichsten Objekten im Weltraum. Sie befinden sich in den Zentren vieler, wenn nicht aller Galaxien. Auch unsere Galaxie hat ein solches Schwarzes Loch. Aufgrund der Anwesenheit eines solchen Schwarzen Lochs werden die Kerne dieser Galaxien manchmal sehr hell. Galaxien mit Schwarzen Löchern im Zentrum, die von großen Mengen fallender Materie umgeben sind und daher kolossale Mengen an Energie produzieren können, werden als „aktiv“ bezeichnet, und ihre Kerne werden als „aktive galaktische Kerne“ (AGN) bezeichnet. Beispielsweise sind Quasare (die am weitesten von uns entfernten kosmischen Objekte, die unserer Beobachtung zugänglich sind) aktive Galaxien, in denen wir nur einen sehr hellen Kern sehen.

Mittel und Mini

Ein weiteres Rätsel bleiben die Schwarzen Löcher mittlerer Masse, die neueren Forschungen zufolge im Zentrum einiger Kugelsternhaufen wie M13 und NCC 6388 stehen könnten. Viele Astronomen stehen diesen Objekten skeptisch gegenüber, aber einige neue Forschungen deuten auf die Anwesenheit von Schwarzen Löchern hin Schwarze Löcher sind selbst in der Nähe des Zentrums unserer Galaxie mittelgroß. Auch der englische Physiker Stephen Hawking stellte eine theoretische Annahme über die Existenz einer vierten Art von Schwarzen Löchern auf – eines „Mini-Lochs“ mit einer Masse von nur einer Milliarde Tonnen (was ungefähr der Masse eines großen Berges entspricht). Wir sprechen von Primärobjekten, also solchen, die in den ersten Momenten des Lebens des Universums auftauchten, als der Druck noch sehr hoch war. Es wurde jedoch noch keine einzige Spur ihrer Existenz entdeckt.

So finden Sie ein Schwarzes Loch

Erst vor wenigen Jahren ging ein Licht über Schwarzen Löchern an. Dank der ständig verbesserten Instrumente und Technologien (sowohl boden- als auch weltraumgestützte) werden diese Objekte immer weniger mysteriös; genauer gesagt, der sie umgebende Raum wird weniger geheimnisvoll. Da das Schwarze Loch selbst unsichtbar ist, können wir es nur erkennen, wenn es von genügend Materie (Sternen und heißem Gas) umgeben ist, die es in kurzer Entfernung umkreist.

Binäre Systeme beobachten

Einige stellare Schwarze Löcher wurden durch die Beobachtung der Umlaufbewegung eines Sterns um einen unsichtbaren Begleiter in einem Doppelsternsystem entdeckt. Enge Doppelsysteme (das heißt, sie bestehen aus zwei sehr nahe beieinander liegenden Sternen), in denen einer der Begleiter unsichtbar ist, sind ein beliebtes Beobachtungsobjekt für Astrophysiker, die nach Schwarzen Löchern suchen.

Ein Hinweis auf die Anwesenheit eines Schwarzen Lochs (oder Neutronensterns) ist die starke Emission von Röntgenstrahlung, die durch einen komplexen Mechanismus verursacht wird, der schematisch wie folgt beschrieben werden kann. Dank seiner starken Schwerkraft kann ein Schwarzes Loch Materie aus seinem Begleitstern herausreißen; Dieses Gas breitet sich zu einer flachen Scheibe aus und strömt spiralförmig nach unten in das Schwarze Loch. Reibung, die durch Kollisionen zwischen fallenden Gaspartikeln entsteht, erhitzt die inneren Schichten der Scheibe auf mehrere Millionen Grad, was zu starker Röntgenstrahlung führt.

Röntgenbeobachtungen

Röntgenbeobachtungen von Objekten in unserer Galaxie und benachbarten Galaxien, die über mehrere Jahrzehnte durchgeführt wurden, haben es ermöglicht, kompakte binäre Quellen zu entdecken, von denen etwa ein Dutzend Systeme sind, die Kandidaten für Schwarze Löcher enthalten. Das Hauptproblem besteht darin, die Masse eines unsichtbaren Himmelskörpers zu bestimmen. Die Masse (wenn auch nicht sehr genau) kann durch Untersuchung der Bewegung des Begleiters oder, was viel schwieriger ist, durch Messung der Intensität der Röntgenstrahlung des fallenden Materials ermittelt werden. Diese Intensität hängt durch eine Gleichung mit der Masse des Körpers zusammen, auf den diese Substanz fällt.

Nobelpreisträger

Ähnliches gilt für supermassereiche Schwarze Löcher, die in den Kernen vieler Galaxien beobachtet werden und deren Massen durch Messung der Umlaufgeschwindigkeiten des in das Schwarze Loch fallenden Gases geschätzt werden. In diesem Fall wird ein durch das starke Gravitationsfeld eines sehr großen Objekts verursachter schneller Anstieg der Geschwindigkeit von Gaswolken, die das Zentrum von Galaxien umkreisen, durch Beobachtungen im Radiobereich sowie in optischen Strahlen nachgewiesen. Beobachtungen im Röntgenbereich können die erhöhte Energiefreisetzung durch in das Schwarze Loch einfallende Materie bestätigen. Die Erforschung von Röntgenstrahlen wurde Anfang der 1960er Jahre von dem in den USA tätigen Italiener Riccardo Giacconi begonnen. Sein Nobelpreis im Jahr 2002 würdigte seine „bahnbrechenden Beiträge zur Astrophysik, die zur Entdeckung von Röntgenquellen im Weltraum führten“.

Cygnus X-1: erster Kandidat

Unsere Galaxie ist nicht immun gegen die Anwesenheit potenzieller Schwarzer-Loch-Objekte. Glücklicherweise ist keines dieser Objekte nahe genug an uns, um eine Bedrohung für die Existenz der Erde oder des Sonnensystems darzustellen. Trotz der großen Anzahl kompakter Röntgenquellen, die identifiziert wurden (und diese sind die wahrscheinlichsten Kandidaten für Schwarze Löcher), sind wir nicht sicher, ob sie tatsächlich Schwarze Löcher enthalten. Die einzige dieser Quellen, für die es keine alternative Version gibt, ist das nahe Doppelsternsystem Cygnus X-1, also die hellste Quelle für Röntgenstrahlung im Sternbild Schwan.

Massive Sterne

Dieses System, dessen Umlaufzeit 5,6 Tage beträgt, besteht aus einem sehr hellen blauen Stern von großer Größe (sein Durchmesser ist 20-mal so groß wie der der Sonne und seine Masse ist etwa 30-mal größer), der sogar in Ihrem Teleskop gut sichtbar ist, und einem unsichtbarer zweiter Stern, dessen Masse auf mehrere Sonnenmassen (bis zu 10) geschätzt wird. Der zweite Stern liegt 6.500 Lichtjahre entfernt und wäre perfekt sichtbar, wenn es ein gewöhnlicher Stern wäre. Seine Unsichtbarkeit, die starke Röntgenemission des Systems und schließlich die Massenschätzung lassen die meisten Astronomen glauben, dass dies die erste bestätigte Entdeckung eines stellaren Schwarzen Lochs ist.

Zweifel

Allerdings gibt es auch Skeptiker. Unter ihnen ist einer der größten Forscher von Schwarzen Löchern, der Physiker Stephen Hawking. Er schloss sogar eine Wette mit seinem amerikanischen Kollegen Keel Thorne ab, einem glühenden Befürworter der Einstufung des Cygnus-X-1-Objekts als Schwarzes Loch.

Die Debatte über die Identität des Cygnus-X-1-Objekts ist nicht Hawkings einzige Wette. Nachdem er sich mehrere neun Jahre lang mit theoretischen Studien zu Schwarzen Löchern beschäftigt hatte, war er davon überzeugt, dass seine früheren Vorstellungen über diese mysteriösen Objekte falsch waren. Insbesondere ging Hawking davon aus, dass Materie, nachdem sie in ein Schwarzes Loch gefallen ist, für immer verschwindet und damit alles sein Informationsgepäck verschwindet. Er war sich dessen so sicher, dass er 1997 mit seinem amerikanischen Kollegen John Preskill eine Wette zu diesem Thema abschloss.

Einen Fehler zugeben

Am 21. Juli 2004 gab Hawking in seiner Rede auf dem Kongress zur Relativitätstheorie in Dublin zu, dass Preskill Recht hatte. Schwarze Löcher führen nicht zum vollständigen Verschwinden der Materie. Darüber hinaus verfügen sie über eine gewisse Art von „Gedächtnis“. Sie können durchaus Spuren des Verzehrs enthalten. Durch „Verdampfen“ (das heißt durch langsames Aussenden von Strahlung aufgrund des Quanteneffekts) können sie diese Informationen an unser Universum zurückgeben.

Schwarze Löcher in der Galaxie

Astronomen haben immer noch viele Zweifel an der Anwesenheit stellarer Schwarzer Löcher (wie dem, das zum Doppelsternsystem Cygnus X-1 gehört) in unserer Galaxie; aber an supermassiven Schwarzen Löchern gibt es viel weniger Zweifel.

Im Zentrum

Unsere Galaxie hat mindestens ein supermassereiches Schwarzes Loch. Seine Quelle, bekannt als Sagittarius A*, ist genau in der Mitte der Ebene der Milchstraße lokalisiert. Sein Name erklärt sich aus der Tatsache, dass es sich um die stärkste Radioquelle im Sternbild Schütze handelt. In dieser Richtung liegen sowohl die geometrischen als auch die physikalischen Zentren unseres galaktischen Systems. Das etwa 26.000 Lichtjahre entfernte supermassive Schwarze Loch, das mit der Radiowellenquelle Sagittarius A* in Verbindung steht, hat eine geschätzte Masse von etwa 4 Millionen Sonnenmassen und befindet sich in einem Raum, dessen Volumen mit dem Volumen des Sonnensystems vergleichbar ist. Seine relative Nähe zu uns (es ist mit Abstand das nächste supermassereiche Schwarze Loch zur Erde) hat dazu geführt, dass das Objekt in den letzten Jahren vom Weltraumobservatorium Chandra besonders intensiv untersucht wurde. Es stellte sich insbesondere heraus, dass es sich auch um eine starke Quelle für Röntgenstrahlung handelt (jedoch nicht so stark wie Quellen in aktiven Galaxienkernen). Sagittarius A* könnte ein ruhender Überrest dessen sein, was vor Millionen oder Milliarden Jahren der aktive Kern unserer Galaxie war.

Zweites Schwarzes Loch?

Einige Astronomen glauben jedoch, dass es in unserer Galaxie noch eine weitere Überraschung gibt. Wir sprechen von einem zweiten Schwarzen Loch mittlerer Masse, das eine Ansammlung junger Sterne zusammenhält und sie daran hindert, in ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie selbst zu fallen. Wie kann es sein, dass sich in einer Entfernung von weniger als einem Lichtjahr von ihm ein Sternhaufen befindet, der kaum 10 Millionen Jahre alt, also nach astronomischen Maßstäben sehr jung ist? Den Forschern zufolge liegt die Antwort darin, dass der Cluster nicht dort entstanden ist (die Umgebung um das zentrale Schwarze Loch ist zu feindlich für die Sternentstehung), sondern aufgrund der Existenz eines zweiten Schwarzen Lochs in seinem Inneren dorthin „gezogen“ wurde hat eine durchschnittliche Masse.

Im Orbit

Einzelne Sterne im Sternhaufen begannen, angezogen vom supermassiven Schwarzen Loch, sich in Richtung des galaktischen Zentrums zu verschieben. Anstatt jedoch in den Weltraum zu zerstreuen, bleiben sie dank der Anziehungskraft eines zweiten Schwarzen Lochs im Zentrum des Clusters zusammen. Die Masse dieses Schwarzen Lochs lässt sich anhand seiner Fähigkeit abschätzen, einen ganzen Sternhaufen an der Leine zu halten. Ein mittelgroßes Schwarzes Loch braucht offenbar etwa 100 Jahre, um das zentrale Schwarze Loch zu umkreisen. Das bedeutet, dass wir es durch Langzeitbeobachtungen über viele Jahre hinweg „sehen“ können.

Ein Schwarzes Loch wird in der Physik als eine Region in der Raumzeit definiert, deren Anziehungskraft so stark ist, dass selbst Objekte, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, einschließlich Lichtquanten selbst, sie nicht verlassen können. Die Grenze dieses Gebiets wird Ereignishorizont genannt, und seine charakteristische Größe ist der Gravitationsradius, der als Schwarzwaldradius bezeichnet wird. Schwarze Löcher sind die mysteriösesten Objekte im Universum. Ihren unglücklichen Namen verdanken sie dem amerikanischen Astrophysiker John Wheeler. Er war es, der 1967 in der populären Vorlesung „Unser Universum: Bekannt und unbekannt“ diese superdichten Körper Löcher nannte. Früher wurden solche Objekte „kollabierte Sterne“ oder „Kollapser“ genannt. Aber der Begriff „Schwarzes Loch“ hat sich etabliert und es ist einfach unmöglich geworden, ihn zu ändern. Es gibt zwei Arten von Schwarzen Löchern im Universum: 1 – supermassive Schwarze Löcher, deren Masse millionenfach größer ist als die Masse der Sonne (man nimmt an, dass sich solche Objekte in den Zentren von Galaxien befinden); 2 – weniger massereiche Schwarze Löcher, die durch die Kompression sterbender Riesensterne entstehen, ihre Masse beträgt mehr als drei Sonnenmassen; Wenn sich der Stern zusammenzieht, wird die Materie immer dichter und dadurch nimmt die Schwerkraft des Objekts so stark zu, dass das Licht sie nicht überwinden kann. Weder Strahlung noch Materie können einem Schwarzen Loch entkommen. Schwarze Löcher sind superstarke Gravitatoren.

Der Radius, auf den ein Stern schrumpfen muss, um ein Schwarzes Loch zu werden, wird Gravitationsradius genannt. Bei Schwarzen Löchern, die aus Sternen entstehen, sind es nur einige Dutzend Kilometer. Bei einigen Doppelsternpaaren ist einer von ihnen im stärksten Teleskop unsichtbar, aber die Masse der unsichtbaren Komponente in einem solchen Gravitationssystem erweist sich als extrem groß. Höchstwahrscheinlich handelt es sich bei solchen Objekten entweder um Neutronensterne oder um Schwarze Löcher. Manchmal entziehen die unsichtbaren Komponenten in solchen Paaren einem normalen Stern Material. In diesem Fall wird das Gas von den äußeren Schichten des sichtbaren Sterns getrennt und fällt an einen unbekannten Ort – in ein unsichtbares Schwarzes Loch. Doch bevor es auf das Loch fällt, sendet das Gas elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Länge aus, darunter auch sehr kurze Röntgenwellen. Darüber hinaus wird das Gas in der Nähe eines Neutronensterns oder Schwarzen Lochs sehr heiß und wird zu einer Quelle starker, energiereicher elektromagnetischer Strahlung im Röntgen- und Gammastrahlenbereich. Diese Strahlung durchdringt die Erdatmosphäre nicht, kann aber mit Weltraumteleskopen beobachtet werden. Einer der wahrscheinlichen Kandidaten für Schwarze Löcher ist eine starke Röntgenquelle im Sternbild Schwan.