Schwarzes Loch, kosmischer Körper von extrem intensiver Schwerkraft, aus dem nichts, nicht einmal Licht, entweichen kann. Ein Schwarzes Loch kann durch den Tod eines massiven Sterns entstehen. Wenn ein solcher Stern am Ende seiner Lebensdauer die inneren thermonuklearen Brennstoffe in seinem Kern erschöpft hat, wird der Kern instabil und kollabiert durch die Schwerkraft nach innen und die äußeren Schichten des Sterns werden weggeblasen. Das Quetschgewicht der von allen Seiten einfallenden Bestandteile drückt den sterbenden Stern auf einen Punkt mit einem Volumen von Null und einer unendlichen Dichte, die als Singularität bezeichnet wird.
Stern: Schwarze Löcher
Wenn der Kernrest einer Supernova etwa zwei Sonnenmassen überschreitet, zieht er sich weiter zusammen. Das Gravitationsfeld des kollabierenden Sterns
Details der Struktur eines Schwarzen Lochs werden aus Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie berechnet. Die Singularität bildet das Zentrum eines Schwarzen Lochs und wird von der „Oberfläche“ des Objekts, dem Ereignishorizont, verdeckt. Innerhalb des Ereignishorizonts überschreitet die Fluchtgeschwindigkeit (dh die Geschwindigkeit, die erforderlich ist, damit Materie aus dem Gravitationsfeld eines kosmischen Objekts entweicht) die Lichtgeschwindigkeit, so dass nicht einmal Lichtstrahlen in den Raum entweichen können. Der Radius des Ereignishorizonts wird nach dem deutschen Astronomen Karl Schwarzschild als Schwarzschild-Radius bezeichnet, der 1916 die Existenz kollabierter Sternkörper vorhersagte, die keine Strahlung emittieren. Die Größe des Schwarzschild-Radius ist proportional zur Masse des kollabierenden Sterns. Für ein Schwarzes Loch mit einer Masse, die zehnmal so groß ist wie die der Sonne, würde der Radius 30 km betragen.
Nur die massereichsten Sterne - die von mehr als drei Sonnenmassen - werden am Ende ihres Lebens zu Schwarzen Löchern. Sterne mit einer geringeren Masse entwickeln sich zu weniger komprimierten Körpern, entweder weißen Zwergen oder Neutronensternen.
Schwarze Löcher können aufgrund ihrer geringen Größe und der Tatsache, dass sie kein Licht emittieren, normalerweise nicht direkt beobachtet werden. Sie können jedoch durch die Auswirkungen ihrer enormen Gravitationsfelder auf nahegelegene Materie „beobachtet“ werden. Wenn beispielsweise ein Schwarzes Loch Mitglied eines binären Sternensystems ist, wird die von seinem Begleiter in es fließende Materie stark erhitzt und strahlt dann reichlich Röntgenstrahlen aus, bevor sie in den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs eintritt und für immer verschwindet. Einer der Komponentensterne des binären Röntgensystems Cygnus X-1 ist ein Schwarzes Loch. Diese Binärdatei wurde 1971 im Sternbild Cygnus entdeckt und besteht aus einem blauen Überriesen und einem unsichtbaren Begleiter, der das 14,8-fache der Sonnenmasse beträgt und sich in einem Zeitraum von 5,6 Tagen umeinander dreht.
Einige Schwarze Löcher haben offenbar nichtstellaren Ursprung. Verschiedene Astronomen haben spekuliert, dass sich große Mengen interstellaren Gases in den Zentren von Quasaren und Galaxien sammeln und zu supermassiven Schwarzen Löchern zusammenbrechen. Es wird geschätzt, dass eine Gasmasse, die schnell in ein Schwarzes Loch fällt, mehr als 100-mal so viel Energie abgibt, wie durch die identische Massenmenge durch Kernfusion freigesetzt wird. Dementsprechend würde der Zusammenbruch von Millionen oder Milliarden von Sonnenmassen interstellaren Gases unter Gravitationskraft in ein großes Schwarzes Loch die enorme Energieabgabe von Quasaren und bestimmten galaktischen Systemen erklären.
Ein solches supermassereiches Schwarzes Loch, Schütze A *, existiert im Zentrum der Milchstraßengalaxie. Beobachtungen von Sternen, die die Position von Schütze A * umkreisen, zeigen das Vorhandensein eines Schwarzen Lochs mit einer Masse, die 4.154.000 Sonnen entspricht. Supermassive Schwarze Löcher wurden auch in anderen Galaxien entdeckt. 2017 erhielt das Event Horizon Telescope ein Bild des supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum der M87-Galaxie. Dieses Schwarze Loch hat eine Masse von sechseinhalb Milliarden Sonnen, aber einen Durchmesser von nur 38 Milliarden km. Es war das erste Schwarze Loch, das direkt abgebildet wurde. Die Existenz noch größerer Schwarzer Löcher mit einer Masse von jeweils 10 Milliarden Sonnen kann aus den energetischen Auswirkungen auf das Gas, das mit extrem hohen Geschwindigkeiten um das Zentrum der Galaxien NGC 3842 und NGC 4889 in der Nähe der Milchstraße wirbelt, abgeleitet werden.
Die Existenz eines anderen nichtstellaren Schwarzen Lochs wurde vom britischen Astrophysiker Stephen Hawking vorgeschlagen. Nach Hawkings Theorie könnten während des Urknalls, einem Zustand extrem hoher Temperaturen und Dichte, in dem das Universum 13,8 Milliarden Jahre entstanden ist, zahlreiche winzige ursprüngliche Schwarze Löcher entstanden sein, möglicherweise mit einer Masse, die der eines Asteroiden entspricht oder darunter liegt vor. Diese sogenannten Mini-Schwarzen Löcher verlieren wie die massereichere Sorte mit der Zeit durch Hawking-Strahlung an Masse und verschwinden. Wenn bestimmte Theorien des Universums, die zusätzliche Dimensionen erfordern, korrekt sind, könnte der Large Hadron Collider eine signifikante Anzahl von Mini-Schwarzen Löchern erzeugen.
