Schwarze Löcher und der Aufbau der Galaxis

Sagittarius A*

Am Abgrund von Raum und Zeit gibt es Orte an denen man seinen eigenen Hinterkopf sieht, sich einfach auflöst oder in anderen Universen gelangt. Diese Orte sind Schwarze Löcher. Was sind schwarze Löcher, wo findet man sie und sind sie wirklich schwarz? Im galaktischen Zentrum, in 8 Kiloparsec Entfernung findet sich das nächste Supermassive Schwarze Loch. Das galaktische Zentrum liegt im Sternbild Schütze und ist dort, wo das Band der Milchstraße am dichtesten erscheint. Wir befinden auf ungefähr ¾ der Strecke zwischen dem galaktischen Zentrum und dem Rand der Milchstraße. Wenn ihr nicht wisst, wie weit acht Kiloparsec sind, könnt ihr mir einfach glauben: sehr weit! Es besteht also absolut kein Grund zur Sorge. Das schwarze Loch im galaktischen Zentrum heißt Sagittarius A*. Über das galaktische Zentrum ist wenig bekannt, da es von lichtundurchlässigen Staub und Gaswolken umgeben ist.

Direkt gegenüber, des galaktischen Zentrums liegt das galaktische Antizentrum. Das galaktische Zentrum ist außerdem das Zentrum der Rotation der Milchstraße. Ein galaktisches Jahr dauert 250 Mio. Jahre. Man kann das galaktische Zentrum mithilfe von langwelliger Strahlung beobachten, da diese die Wolken durchdringt. So bekam man auch Aufschluss über Sagittarius A*. Es muss 14 Mio. Sonnenmassen haben und zerlegt gerade seine kosmische Umgebung in Einzelteile. Eine Gaswolke mit nur einigen Erdmassen passierte das schwarze Loch mit 1% Lichtgeschwindigkeit, was sehr schnell ist und wurde auseinander gezogen. Dabei leuchtete sie stark. Sagittarius A* ist womöglich nicht alleine. Es handelt ich wohl um ein doppeltes schwarzes Loch. Das zweite ist ein mittelschweres schwarzes Loch, um das sich derzeit eine kleine Gruppe von Sternen dreht.

Schwarze Löcher
Schwarze Löcher beeinflussen die Struktur einer Galaxie maßgeblich.

Schwarze Löcher und ihr Aufbau

Der Aufbau eines schwarzen Loches ist eigentlich gar nicht so schwer zu verstehen. Die äußerste Grenze eines schwarzen Loches ist die Ergosphäre. Hier geht unsere verrückte Reise los:

Ergosphäre: In der äußeren Schicht des Schwarzen Lochs nimmt es Einfluss auf ein Objekt, indem es das Objekt in seiner Rotation mitreißt. Das Objekt selber muss zwangsläufig rotieren, was schon etwas bizarr ist. Ein sich, in der Ergosphäre befindliches, reales Objekt, welches nicht rotiert ist eine physikalische Unmöglichkeit. Wenn das schon zu verrückt ist, sind schwarze Löcher wohl nicht ihr Forschungsgebiet.

 

Weiter geht es, immer näher an das Zentrum des schwarzen Loches heran. Nächster Stopp: Die Photonsphäre oder auch der Photonenorbit.

 

Photonenorbit: Der Photonenorbit ist der Bereich um ein Schwarzes Loch, in dem Photonen nicht in das schwarze Loch eingesogen werden, aber auch nicht mehr entkommen. Die Photonen können theoretisch unendlich lange das schwarze Loch umkreisen. Deswegen kann man in diesem Bereich seinen eigenen Hinterkopf sehen. Wenn sich die Photonen nicht durch äußere Einflüsse nähren, stürzen sie auch nicht ins schwarze Loch.

 

Nun nähren wir uns dem Ort, ab dem selbst Lichtstrahlen verschluckt werden.

 

Ereignishorizont: Wenn man den Ereignishorizont überquert ist die Fluchtgeschwindigkeit, höher als die Lichtgeschwindigkeit ist und somit nichts mehr entkommen kann. Außerdem ist ein Objekt, welches den Ereignishorizont eines Schwarzen Loches überquert, für Außenstehende Beobachter nicht mehr sichtbar ist. Selbst wenn sich der Beobachter nur wenige Zentimeter vor dem Ereignishorizont befindet. Da das Universum dreidimensional und nicht zweidimensional ist, ist der Ereignishorizont keine Linie, sondern eine Sphäre. Bei einem *Kerr-Loch gibt es den äußeren und den inneren Ereignishorizont.

 

Hinter dem Ereignishorizont treten wir ein, in eine Welt, über die wir absolut nichts mit Gewissheit wissen. Laut Berechnungen muss sich dort eine sogenannte Singularität befinden.

 

Singularität: Eine Singularität ist ein Punkt der Masse hat, aber keinen Raum einnimmt. Masse konzentriert auf de Fläche 0. Dies kann man sich natürlich nicht vorstellen, es ist aber so. Bei einem Kerr-Loch ist die Singularität ein Ring, bei einem Schwarzschild-Loch ein Punkt. Alle Schwarze Löcher haben eine Singularität, aber es wird vermutet, dass nicht alle Singularitäten von einem Ereignishorizont umgeben sind. Wenn dies so wäre, gäbe es nackte Singularitäten. Da Singularitäten Orte sind, an denen alles möglich ist, wäre dies etwas beunruhigend.

 

Was schwarze Löcher mit Galaxien zutun haben

Schwarze Löcher beeinflussen unsere Galaxis maßgebend. Viele hunderte kleine Schwarze Löcher treiben durch die Außenbezirke der Galaxie. Sie sind relikte einer aufstrebenden Vergangenheit, da sie aus ursprünglich kleineren Galaxien stammen, die mit einander kollidierten. So bildeten sich Riesengalaxien, wie die Milchstraße. Durch die enormen Kräfte, die bei einer Kollision zweier Galaxien wirken, wurden die Vielfraße in die Außenbezirke der Galaxie katapultier, in denen sie nun ihr Unwesen treiben…

 

Die Schwarzen Löcher und die Galaxien gingen einen Gemeinsamen Weg. Und vermutlich sterben sie auch Gemeinsam. Während man ursprünglich dachten, schwarze Löcher hätten eine unendliche Lebensdauer, bewies der britische Astrophysiker Stephen Hawking, dass schwarze Löcher Strahlung abgibt. Die sogenannte Hawking-Strahlung. Lange dachte man die Hawking-Strahlung entstünde ausschließlich am Ereignishorizont schwarzer Löcher. Wenn sogenannte virtuelle Teilchen sich am Ereignishorizont treffen, wird das eine zur negative Energie und das andere fliegt in All. Nun kann sich das eine Teilchen ohne seinen Partner auch nicht mehr zerstören und bleibt somit erhalten. Diese Teilchen seien die Hawking-Strahlung. Das Problem ist, dass die Hawking-Strahlung nicht nur um den Ereignishorizont entsteht, sondern auch noch über diesen hinaus. Um zu verstehen, was dort genauer vorgeht, braucht man neben viel Relativitätstheorie  jede Menge Quantenmechanik. Und das ist Stoff für einen anderen Artikel.

vom ganz Großen um ganz Kleinen

Wir befinden sich in der Milchstraße, in einem Spiralarm namen Orion-Arm, wie eben schon erwähn acht Kiloparsec vom galaktischen Zentrum entfernt. Dem Zentrum der Canis-Major-Zwerggalaxie ist uns damit sogar näher. Im Milchstraßensystem durchkreuzt unsere Sonne gerade einen Haufen einiger Sterne namens lokale Flocke. In der lokalen Flocke ist die Sonne ein Stern von durchschnittlicher Größe. Unser nächste Stern ist Proxima Centauri in 4,2 Lichtjahren Entfernung. Der nächste Exoplanet umkreist diesen Stern ebenfalls.

 

vom ganz Kleinen zum ganz Großen

Man kann das ganze auch in die andere Richtung treiben. Die Milchstraße ist so groß, das man sie sich kaum vorstellen kann. Vor *Edwin Hubble war sie alles, was wir kannten. Doch auch sie ist Teil eines Größeren. Sie liegt in der lokalen Gruppe. Diese ist ein Galaxienhaufen von mindestens 5 Millionen Lichtjahren Durchmesser. Der nächst größere Galaxienhaufen ist der Virgo-Galaxienhaufen. Er und die lokale Gruppe gehören mit vielen anderen Galaxien zum Virgo-Superhaufen oder auch lokaler Superhaufen, der wiederum zum Laniakea-Supergalaxienhaufen oder einfach Laniakea gehört, der selbst eine Audehnung von 160 Megaparsec hat.

Zu ihm gehört z.B. neben uns der Südliche Superhaufen. Er bildet mit vielen anderen Superclustern, die Grundstruktur unseres Universums. Laniakea kommt vom hawaiischen Begriff unermesslicher Himmel (Lani=Himmel, akea=unermesslich). Da er sich in Richtung des benachbarten, noch größeren Shapley-Superhaufen bewegt, gehört er womöglich zu einer noch größeren Struktur, die so groß ist, dass wir sie nicht als ein Objekt erkennen.

Kerr-Loch: Ein Kerr-Loch ist ein rotierendes Schwarzes Loch. Durch die Rotation bilden sich ein äußerer und ein ein innerer Ereignishorizont und die Singularität verformt sich von punktförmig zu ringförmig. So wird die Singularität passierbar.

*Edwin Hubble: Edwin Hubble war ein US-Amerikanischer Astronom. Unter anderem entdeckte er, das sich das Universum ausdehnt.

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