Schwarze Löcher scheinen der Stoff zu sein, aus dem Science-Fiction gemacht ist (und haben in der Tat in vielen Science-Fiction-Büchern und -Filmen die Hauptrolle gespielt), daher ist es nicht ungewöhnlich, dass sich die Leute fragen: Sind Schwarze Löcher real? Wie sich herausstellt, lautet die Antwort ja, obwohl die meisten Wissenschaftler lange Zeit davon überzeugt waren, dass Schwarze Löcher rein theoretische Objekte sind.
Sind Schwarze Löcher real? Die Idee eines Schwarzen Lochs
Das Konzept eines Schwarzen Lochs wurde erstmals von einem englischen Amateurastronomen namens John Michell im Jahr 1783 erdacht. Michell ging von der Newtonschen Annahme aus, dass Lichtteilchen eine Masse haben. Unter Verwendung der Newtonschen Gravitationsgleichung schlug Michell vor, dass ein Objekt mit dem 500-fachen Radius der Sonne, aber mit der durchschnittlichen Dichte der Sonne, schneller als die Lichtgeschwindigkeit entkommen würde. Einige Jahre später kam der französische Mathematiker und Astronom Simon Pierre Laplace zu einer ähnlichen Schlussfolgerung in Bezug auf die Frage: „Gibt es schwarze Löcher?
Leider wurden die Spekulationen von Michell und Laplace in der wissenschaftlichen Gemeinschaft nicht ernst genommen, da es einfach keine Beweise dafür gab, dass solche exotischen Objekte im Universum existierten, oder die Frage „Gibt es schwarze Löcher? Außerdem bestätigte Thomas Youngs Doppelspaltexperiment im Jahr 1803 die Wellennatur des Lichts, und es schien unmöglich, dass die Schwerkraft irgendeinen Einfluss auf masselose Wellen haben könnte.
NASA
Aber 1905 wies Einstein mit dem photoelektrischen Effekt nach, dass Licht aus masselosen Teilchen, den Photonen, besteht. Darüber hinaus bewies seine 1915 veröffentlichte allgemeine Relativitätstheorie, dass die Schwerkraft auf diese Teilchen einwirken kann, obwohl sie keine Masse haben. Nach der Relativitätstheorie resultiert die Schwerkraft aus massiven Objekten, die die umgebende Raumzeit (die drei räumlichen Dimensionen und die Zeit, die in einem vierdimensionalen Kontinuum zusammengefasst sind) verzerren. Da auch masselose Teilchen wie Photonen der Krümmung der Raumzeit gehorchen sollten, kann die Schwerkraft tatsächlich das Licht beeinflussen.
Im Jahr 1916 löste Karl Schwarzschild die Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein, um den Radius eines Objekts zu bestimmen, dessen Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit übersteigen würde. Einstein selbst behauptete jedoch, dass die Möglichkeit eines schwarzen Lochs nichts weiter als eine mathematische Kuriosität sei – eine interessante Vorhersage der allgemeinen Relativitätstheorie, aber keine genaue Abbildung der Realität. Erst Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts, als Neutronensterne entdeckt wurden, begannen Astrophysiker ernsthaft darüber nachzudenken, ob so kompakte Objekte wie Schwarze Löcher tatsächlich existieren könnten.
Beweise für Schwarze Löcher
In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler viele Beobachtungsdaten gesammelt, um die Frage zu beantworten: „Sind Schwarze Löcher real?“ Wie der Name schon sagt, können wir Schwarze Löcher selbst nicht sehen, aber wir können die Auswirkungen eines Schwarzen Lochs auf seine Umgebung beobachten. Wenn Schwarze Löcher die Materie um sie herum verschlingen, bildet dieses Material eine Akkretionsscheibe, die hauptsächlich im Röntgenbereich des elektromagnetischen Spektrums strahlt.
Credit: Keck/UCLA Galactic Center Group/Cosmus
Wenn Schwarze Löcher in Mehrfachsternsystemen auftreten, können wir darüber hinaus ihre gravitativen Auswirkungen auf die sichtbaren Begleitsterne beobachten. Der erste echte Kandidat für ein Schwarzes Loch, Cygnus X-1, der 1964 bei einem Ballonflug aufgrund seiner starken Röntgenemission entdeckt wurde, wurde später aufgrund seiner Gravitationswirkung auf einen massereichen Stern, der ihn eng umkreist, als Schwarzes Loch erkannt. In ähnlicher Weise wurde das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, Sagittarius A*, von Astronomen bestätigt, die die Umlaufbahn des Sterns S0-2 (abgekürzt S2) über einen Zeitraum von 15 ½ Jahren beobachteten.
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