Was ist ein Schwarzes Loch und warum ist der Ereignishorizont so wichtig?

Was ist ein Schwarzes Loch? Die kürzeste Antwort lautet: ein Bereich, in dem die Gravitation so stark ist, dass nicht einmal Licht entkommen kann. Das bedeutet aber nicht, dass Schwarze Löcher im All alles wahllos „aufsaugen“ wie ein kosmischer Staubsauger. Sterne, Gaswolken und Planeten, die weit genug entfernt sind, können – wie bei anderen massereichen Himmelskörpern auch – auf stabilen Umlaufbahnen bleiben.

Der Ereignishorizont markiert die Grenze, hinter der es kein Zurück mehr gibt. Innerhalb dieser Linie kann nicht einmal Licht nach außen gelangen; genau deshalb sind Schwarze Löcher selbst unsichtbar. In der wissenschaftlichen Debatte geht es daher vor allem darum, nicht das Schwarze Loch selbst, sondern die Materie in der Nähe des Ereignishorizonts und die Gravitationswirkungen zu beobachten.

  • Der Ereignishorizont wird eher als kritische Grenze denn als physische Oberfläche beschrieben.
  • Schwarze Löcher verschlucken ihre Umgebung nicht sofort; Abstand und Umlaufbahn sind entscheidend.
  • Starke Gravitation kann auch den Fluss der Zeit beeinflussen.

Der Beginn der Ära direkter Bilder

Wie funktionierte das Event Horizon Telescope?

Das Event Horizon Telescope verband Radioteleskope auf der ganzen Welt mit Hilfe der Very-Long-Baseline-Interferometrie zu einem virtuellen Riesenteleskop. Diese Zusammenarbeit veröffentlichte am 10. April 2019 das erste direkte Bild eines Schwarzen Lochs. Das Bild zeigte das Schwarze Loch M87* im Zentrum der etwa 55 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie Messier 87; seine Masse wurde mit rund 6,5 Milliarden Sonnenmassen angegeben.

Am 12. Mai 2022 veröffentlichte dasselbe Netzwerk auch ein Bild von Sagittarius A* im Zentrum der Milchstraße. Das supermassereiche Schwarze Loch, dem etwa 4 Millionen Sonnenmassen zugeschrieben werden, ist zwar deutlich leichter als M87*, für die Forschung aber wegen seiner viel größeren Nähe zur Erde von besonderer Bedeutung.

Warum sitzen sie oft in den Zentren von Galaxien?

Aktuelle Beobachtungen zeigen, dass sich im Zentrum vieler großer Galaxien supermassereiche Schwarze Löcher befinden. Im Fall der Milchstraße weisen die Bewegungen der Sterne um das Zentrum herum auf diese unsichtbare Masse hin. Roger Penrose, Reinhard Genzel und Andrea Ghez wurden für ihre Arbeiten auf diesem Gebiet mit dem Nobelpreis für Physik 2020 ausgezeichnet.

Gravitationswellen, Zeiteffekt und ein noch unbelegter Punkt

Wie wurden Verschmelzungen schwarzer Löcher „gehört“?

Die LIGO-Detektoren zeichneten am 14. September 2015 erstmals ein Gravitationswellensignal auf; die Entdeckung wurde am 11. Februar 2016 bekannt gegeben. Das Signal zeigte, dass sich die von verschmelzenden Schwarzen Löchern erzeugten Wellen in der Raumzeit messen lassen. Die Arbeit ebnete Rainer Weiss, Barry Barish und Kip Thorne den Weg zum Nobelpreis für Physik 2017.

Verlangsamt sich die Zeit, ist Hawking-Strahlung bewiesen?

Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie vergeht die Zeit in starken Gravitationsfeldern langsamer; die Umgebung eines Schwarzen Lochs ist dafür das extremste Beispiel. Dieser Effekt gilt im theoretischen Rahmen und durch indirekte Beobachtungen als eines der zentralen Ergebnisse der modernen Physik. Anders verhält es sich mit der von Stephen Hawking 1974 vorgeschlagenen Hawking-Strahlung: Sie ist durch astronomische Beobachtungen bislang nicht direkt bestätigt. Mit anderen Worten: Über Schwarze Löcher wissen wir schon viel, aber längst nicht alles.