Wenn nicht einmal Licht einem Schwarzen Loch entweichen kann, warum kann man es dann „sehen“?

Schwarze Löcher waren schon immer eine unglaubliche Existenz im Universum, die erstmals von Einsteins Gravitationsfeldtheorie vorhergesagt wurde. 1971 entdeckten Wissenschaftler das erste echte Schwarze Loch, Cygnus X-1. Im Jahr 2019 machten Wissenschaftler mit dem Event Horizon Telescope von erdgroßer Größe das erste Foto eines Schwarzen Lochs, nämlich des Schwarzen Lochs der Galaxie M87, das 55 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist.

Mittlerweile herrscht in der wissenschaftlichen Gemeinschaft allgemeine Übereinstimmung darüber, dass Schwarze Löcher das unvermeidliche Ziel massereicher Himmelskörper nach ihrem Tod sind, die größten Leichen im Universum und ohne Zweifel die extremsten Himmelskörper. Sie können alles verschlingen, was im Universum existiert und sind wirklich unbesiegbar.

Schwarze Löcher sind im Universum häufig vorkommende Himmelskörper. Wissenschaftler schätzen, dass es im beobachtbaren Universum mindestens 400 Billionen Schwarze Löcher und in der Milchstraße mindestens 100 Millionen Schwarze Löcher gibt. Da das extreme Gravitationsfeld eines Schwarzen Lochs jedoch nicht einmal Licht am Entweichen hindert, war es dem Menschen bisher nicht möglich, sie direkt zu beobachten. Weniger als 100 Schwarze Löcher wurden indirekt beobachtet, darunter mehr als 60 in der Milchstraße.

Ein Schwarzes Loch hat einen Ereignishorizont, bei dem es sich um ein entsprechendes sphärisches extremes Gravitationsfeld handelt, das sich aufgrund seiner eigenen Masse um jedes Schwarze Loch bildet. Die Wissenschaft ist davon überzeugt, dass dies der kritische Punkt von Zeit und Raum ist. Sobald Materie oder sogar Licht diese Grenze durchdringt, kann es nicht mehr entkommen und es gehen keine Informationen verloren. Daher können Menschen im Inneren eines Schwarzen Lochs nichts direkt beobachten.

Ein Schwarzes Loch hinterlässt jedoch drei physikalische Größen außerhalb des Ereignishorizonts, nämlich Schwerkraft, Drehimpuls und elektrische Ladung. Diese drei physikalischen Größen wirken sich auf den umgebenden Raum und die Zeit aus, wodurch Menschen indirekt schwarze Löcher beobachten können. Das typischste Verhalten eines Schwarzen Lochs ist, dass es „gefräßig“ ist. Es „frisst“ alle Materie auf, die sich ihm nähert. Der Fachbegriff dafür lautet Akkretion.

Aufgrund des Drehimpulses eines Schwarzen Lochs wird sich die Materie in der Umgebung während der Akkretion mit hoher Geschwindigkeit bewegen und drehen. Je näher es dem Ereignishorizont ist, desto höher ist die Geschwindigkeit und nähert sich schließlich der Lichtgeschwindigkeit an. 60 bis 90 % der Materie fallen in den Ereignishorizont und verschwinden, der Rest der Materie entweicht in Form von Energieströmen oder Materiestrahlen in den Weltraum.

Dies liegt daran, dass Materie außerhalb des Ereignishorizonts bei hoher Geschwindigkeit kollidiert und zu Elementarteilchen wird. Dabei werden starkes sichtbares Licht und hochenergetische Strahlen, sogenannte Materiejets, ausgesendet. Dabei handelt es sich um entweichende Energie und Materie. Diese Energien und die Ereignishorizonte, die sie umgeben, können durch optische und Radioteleskope beobachtet werden, und so die Größe und Masse des Schwarzen Lochs berechnet werden.

Die extrem starke Schwerkraft eines Schwarzen Lochs verursacht Störungen bei den Himmelskörpern in seiner Nähe. Wenn sie eine bestimmte Entfernung erreichen, werden sie vom Schwarzen Loch angezogen und umkreisen es. Auf diese Weise wird im Universum ein seltsames Phänomen beobachtet: Ein oder mehrere Sterne kreisen um einen unsichtbaren Raum. Daraus können Wissenschaftler schließen, dass sich dort möglicherweise ein Schwarzes Loch befindet, und dessen Masse berechnen.

Die jetzt entdeckten Schwarzen Löcher werden auf der Grundlage der Akkretion und Gravitationsstörungen Schwarzer Löcher „gesehen“. Tatsächlich haben die Menschen keine echten Schwarzen Löcher gesehen, sondern nur „glauben“, dass dort aufgrund von Akkretionsphänomenen und Gravitationsstörungen Schwarze Löcher existieren, darunter das erste von Menschen aufgenommene Foto eines Schwarzen Lochs und die supermassiven Schwarzen Löcher im Zentrum der Milchstraße und anderer Galaxien.

In den Anfangsjahren ging man bei der Entstehung Schwarzer Löcher davon aus, dass diese durch die Explosion und den Kollaps von Sternen entstehen, die zum Zeitpunkt ihres Todes eine Masse von mehr als dem 30-fachen der Sonnenmasse besitzen. Dies kann allerdings nicht die Existenz einiger supermassereicher Schwarzer Löcher erklären, denn die durch den Kollaps von Sternen entstehenden Schwarzen Löcher sind zunächst nur drei bis zehn Sonnenmassen groß. Obwohl diese Art von Schwarzem Loch nahegelegene interstellare Materie verschlingt, ist die Geschwindigkeit sehr gering. Es dauert Hunderte oder sogar Hunderte Millionen Jahre, um einen Stern mit der Masse der Sonne zu verschlingen.

Das größte jetzt entdeckte supermassereiche Schwarze Loch hat 100 Milliarden Sonnenmassen erreicht, wie beispielsweise das Schwarze Loch SDSS J073739.96+384413.2, das 104 Milliarden Sonnenmassen erreicht. Dieses Schwarze Loch kann jedes Jahr nur etwa 60 Sonnenmassen Himmelsmaterie verschlucken und das Universum ist erst 13,8 Milliarden Jahre alt. Egal, wie sehr es darauf ankommt, dass es „gut schmeckt“, der Keim eines Schwarzen Lochs mit Sternmasse kann niemals eine so enorme Größe erreichen.

Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass es für dieses riesige supermassive Schwarze Loch zwei Quellen geben könnte. Eine davon ist, dass es durch den direkten Kollaps riesiger Molekülwolken im frühen Universum entstanden ist. Der ursprüngliche Keim dieses Schwarzen Lochs hat eine Masse, die mehr als 100.000 Mal so groß ist wie die der Sonne. Die andere ist, dass es durch den Tod und Kollaps der ersten Generation massereicher Sterne im Universum entsteht, die dichte Schwarze Löcher bilden, die dann weiter verschmelzen und schnell wachsen.

Einige neuere Beobachtungen haben diese wissenschaftliche Vermutung weiter untermauert:

Am 10. November 2023 gaben amerikanische Wissenschaftler bekannt, dass sie mithilfe von Daten des Chandra-Röntgenobservatoriums und des Webb-Teleskops ein Schwarzes Loch in der 13,2 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernten Galaxie UHZ1 entdeckt hätten. Die Masse dieses Schwarzen Lochs beträgt etwa das 10- bis 100-Millionenfache der Sonnenmasse und macht es zum am weitesten entfernten Schwarzen Loch, das bisher entdeckt wurde. Die Entdeckung wurde in der internationalen Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.

1 Lichtjahr ist die Zeit, die das Licht für eine Reise in einem Jahr benötigt. Daher sehen Menschen, die sich bei ihrer Wahrnehmung der Welt auf Licht verlassen, Himmelskörper so, wie sie vor einem Jahr aussahen. 13,2 Milliarden Lichtjahre bedeuten, dass dieses Schwarze Loch so aussah wie vor 13,2 Milliarden Jahren. Basierend auf dem Alter des Universums waren es nur 470 Millionen Jahre nach dem Urknall. Es ist unmöglich, dass ein so großes Schwarzes Loch in einem so frühen Stadium durch die Akkretion eines Sternensaat-Schwarzen Lochs entstanden ist.

Erst vor wenigen Tagen, am 20. Februar 2024, berichteten chinesische und ausländische Medien, dass Forscher der Australian National University in der Fachzeitschrift Nature Astronomy einen Artikel veröffentlicht hätten, in dem sie ein 12 Milliarden Lichtjahre von uns entferntes Schwarzes Loch mit der 17 Milliardenfachen Masse der Sonne entdeckt hätten. Dieses Schwarze Loch befindet sich im Zentrum eines Quasars mit dem Codenamen J0529-4351.

Die Entdeckung dieses Schwarzen Lochs ist ein weiterer Beweis für die frühen Entstehungsgesetze Schwarzer Löcher. Allerdings weist dieses Schwarze Loch auch einige schockierende Eigenschaften auf: Erstens ist es nicht nur das hellste bisher entdeckte Schwarze Loch, sondern auch der hellste Quasar und Himmelskörper im Universum bzw. das hellste Objekt im Universum mit einer Helligkeit, die 500 Billionen Mal so groß ist wie die der Sonne!

Zweitens verfügt dieses Schwarze Loch über eine erstaunliche Schluckfähigkeit. Seine Akkretionsscheibe erreicht erschreckende 7 Lichtjahre. Er kann in einem Jahr 413 Sonnenmassen verschlingen, was bedeutet, dass er jeden Tag mehr als die Masse einer Sonnenmasse an Materie „isst“! Dies ist das am stärksten und am schnellsten „fressende“ Schwarze Loch, das bisher entdeckt wurde.

Je größer das Schwarze Loch, desto schneller „frisst“ es. Selbst wenn wir seine Fähigkeit, mehr zu „fressen“, nachdem er größer geworden ist, nicht berücksichtigen, wird er nach der aktuellen „Fressmethode“ nach 12 Milliarden Jahren Fressen fast 5 Billionen Sonnen fressen! Mit anderen Worten: Das Schwarze Loch hat heute mindestens die 50.000-fache Masse der Sonne!

Schwarze Löcher sind eine sehr wichtige Existenz im Universum und möglicherweise sind sie letztlich die Verbindung zwischen Leben und Tod des Universums. Der Mensch und sogar das Universum sind untrennbar mit Schwarzen Löchern verbunden. Auch das Überleben und der Untergang der Menschheit könnten in Zukunft von schwarzen Löchern beeinflusst werden. Die Erkundung und Forschung geht weiter und in Zukunft werden sicherlich noch mehr bizarre Entdeckungen über Schwarze Löcher gemacht. Warten wir es ab.

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