Das stellare Schwarze Loch

Als stellares schwarzes Loch bezeichnet man grundlegenderweise das Endstadium eines massereichen Sterns. Wenn ein Stern seinen gesamten nuklearen Brennstoff verbraucht hat, stoßt er die äußeren Schichten in Supernovae ab, während der Kern in sich zusammenfällt. Die meisten Menschen verstehen unter dem Begriff Schwarzes Loch ein stellares schwarzes Loch.

1783 dachte bereits der britische Forscher John Michell über das Konzept eines schwarzen Sterns nach, der so schwer ist, dass sogar Licht es nicht schafft, die Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen. 1916 entstand dann die Schwarzschild-Matrik von Karl Schwarzschild. Diese beschreibt den Radius des Ereignishorizonts mit der Formel r=2GMc^(-2)

Unter normalen Bedingungen sind in einem Stern die Gegenkräfte mit der Gravitationskraft ausgeglichen. Wenn aber die Kernfusion stoppt, dann wirkt der thermodynamische Druck, eine dieser Gegenkräfte, nicht mehr. Liegt die Masse des sterbenden Sterns bei mehr als 25 Sonnenmassen, kann durch die starke Gravitationskraft der Großteil der Masse zu einem schwarzen Loch zusammenfallen, ab 40 Sonnenmassen liegt diese Wahrscheinlichkeit beinahe 100%. Das Ergebnis eines Gravitationskollapses ist, dass die Gravitationskraft schneller zunimmt als die entgegengesetzten Kräfte, die durch die sich gegenseitig abstoßenden Teilchen entstehen. Dies führt zu einer Beschleunigung des Prozesses, wodurch die Masse auf eine winzige Größe schrumpft. Die immer größer werdende Schwerkraft verzerrt Raum und Zeit so, dass der Kollaps aus der Ferne betrachtet, langsamer zu werden scheint und das von ihm ausgehende Licht schwächer wird; tatsächlich reduziert er sich aber nie auf einen Punkt. Ab diesem Punkt sprechen wir von einem stellaren schwarzen Loch.

Die Masse eines schwarzen Loches bleibt erhalten, während es immer dichter und dichter wird. Durch die enorme Gravitation krümmt es die Raumzeit so sehr, dass es sich nie komplett verdichten kann und wir es als Loch am Himmel wahrnehmen. Ab dem Zeitpunkt wird es als Singularität bezeichnet. Hinzu kommt, dass aufgrund der hohen Gravitation, keine Masse oder Information den Ereignishorizont verlassen kann. Im Zentrum ist die Raumzeitkrümmung quasi unendlich groß, was dazu führt, dass einfallende Objekte für einen unabhängigen Beobachter den Ereignishorizont nie passieren, da aufgrund der hohen Gravitation das austretende Licht verlangsamt wird, bis schließlich keines mehr austritt. Diesen Prozess nennt man auch Zeitdilatation.

Jedes stellare schwarze Loch könnte einen Eigendrehimpuls haben. D.h. es dreht sic um die eigene Achse, meist mit sehr hoher Geschwindigkeit. Hinzu ist die Singularität nicht punkt-, sondern ringförmig. Durch die Ausführung dieser Rotationsbewegung, reißen sie die Raumzeit mit sich mit und krümmen sie nicht nur. Das führt dazu, dass ein näherer Beobachter ein stark verzerrtes Bild wie oben rund um solche schwarzen Löcher herum wahrnimmt

Im schwarzen Loch gelten alle Gesetze der Thermodynamik und es ist näherungsweise gleichzusetzen mit einem schwarzen Strahler. Die Temperatur eines schwarzen Loches lässt sich aus der Masse herausrechnen und entspricht dem thermischen Energiespektrum der Hawking Strahlung.

Prinzipiell steht die Überlegung, dass schwarze Löcher Strahlung abgeben in Konflikt mit dem bereits erwähnten Ereignishorizont, aus dem keine Information entkommen kann, da Strahlung eine Art der Information ist. Jedoch ist das bei der Hawking Strahlung nicht ganz der Fall. Die Hawking Strahlung basiert auf der Vakuumfluktuation und wie das schwarze Loch den Raum knapp außerhalb des Ereignishorizonts beeinflusst. Dieser wird nämlich durch die starke Gravitation so beeinflusst, dass er anfangt elektromagnetische Wellen von sich zu geben, welche wir messen können. Demnach kann ein schwarzes Loch Strahlung emittieren, ohne dass diese den Ereignishorizont passieren muss.

Da das schwarze Loch wie eben erklärt durch die Hawking Strahlung Energie verlieren muss, zwecks Energieerhaltung, hat es eine Lebensdauer. Diese errechnet sich durch:

M^3/(3*4*10^15 )=∆t 

Diese Gleichung gilt nur, sofern das schwarze Loch keine Masse aufnimmt während seines Lebens