Wenn ein schwarzes Loch in das Sonnensystem käme und die Sonne verschlingen würde, würden die Planeten dann noch existieren?

Dieser Artikel basiert auf der Beantwortung einer Frage von Internetnutzern: Was passiert mit dem Sonnensystem, wenn ein schwarzes Loch die Sonne verschluckt?

Um diese Frage zu klären, müssen wir zunächst damit beginnen, was ein Schwarzes Loch ist.

Schwarze Löcher sind die obersten Leichen von Himmelskörpern im Universum

Alle Objekte auf der Welt haben einen Lebenszyklus, werden sterben und nach dem Tod eine Leiche hinterlassen. Dasselbe gilt für Himmelskörper im Universum. Alle Himmelskörper durchlaufen einen Evolutionszyklus und sterben schließlich, wobei sie eine Leiche hinterlassen. Zu den Leichen von Sternen zählen Schwarze Zwerge, Weiße Zwerge, Neutronensterne und Schwarze Löcher. Das Schwarze Loch ist der einzige „Boss“ unter den Leichen von Himmelskörpern im Universum, daran besteht kein Zweifel.

In der Wahrnehmung der Menschen sind die Überreste der Toten nutzlos, außer dass sie zur Verschmutzung und Verwesung beitragen, und es besteht kein Grund, sich vor ihnen zu fürchten. Doch in Legenden über Götter und Geister können sich menschliche Leichen in böse oder gute Geister verwandeln und mit Menschen interagieren. Manchmal können sie sogar wieder lebendig werden und der Welt Schaden zufügen. Aber letztendlich handelt es sich dabei nur um eine Legende und es gibt keine Beweise dafür, dass diese Dinge wirklich existieren.

Aber Schwarze Löcher können tatsächlich alles „wiederauferstehen“ lassen und verschlingen. Egal was passiert, egal ob der Himmelskörper größer oder kleiner ist als er, sobald er sich ihm nähert, wird er gnadenlos aufgefressen, ohne eine Spur zu hinterlassen, nicht einmal Licht mit 300.000 Kilometern pro Sekunde kann entkommen.

Das größte Merkmal der Nahrungsaufnahme eines Schwarzen Lochs besteht darin, dass es beim Fressen von Himmelsmaterie hell leuchtet und starke Energiestrahlen erzeugt. Diese Energiestöße sind wie die Seelen der verschlungenen Himmelskörper, die um sich greifen und verzweifelt schreien: Hilfe!

Gerade aufgrund der Art und Weise, wie Schwarze Löcher fressen, können sie vom Menschen beobachtet werden. Wenn ein Schwarzes Loch weder isst noch trinkt, versteckt es sich im dunklen Raum, als ob es nicht existiert, und ist völlig unsichtbar. Wenn es Himmelskörper in der Nähe gibt, die in sein Gravitationsfeld eintreten und seltsame Bewegungen erzeugen, wissen die Wissenschaftler natürlich, dass sich in diesem unsichtbaren Raum möglicherweise ein ruhendes schwarzes Loch befindet.

Wie entstehen Schwarze Löcher?

Ein Schwarzes Loch entsteht, wenn seine eigene Masse unter extremen Bedingungen bis zu einem kritischen Punkt komprimiert wird. Im Jahr 1916 entdeckte der Astrophysiker Karl Schwarzschild den kritischen Punkt der Masse und seine Gesetze auf der Grundlage von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie und leitete daraus eine Formel ab, die als Schwarzschild-Radiusformel bezeichnet wird und wie folgt ausgedrückt wird: R=2MG/C^2.

Solange ein Objekt seine gesamte Masse auf diesen kritischen Radius komprimiert, kollabiert die Masse unendlich zu einer unendlich kleinen Singularität im Kern. Um ihn herum bildet sich ein sphärischer Raum mit unendlicher Krümmung, der diese Singularität umhüllt. Das ist ein schwarzes Loch. Man nennt diesen sphärischen Raum den Schwarzschildradius.

Ob mikroskopische Objekte wie Teilchen und Atome oder makroskopische Himmelskörper wie Planeten, sie alle haben ihren eigenen Schwarzschildradius und können theoretisch zu einem Schwarzen Loch werden. Wie groß ist der Schwarzschildradius? Nach der Schwarzschild-Radiusformel beträgt der Schwarzschild-Radius eines Himmelskörpers mit der Masse der Sonne etwa 2952 Meter; Der Schwarzschildradius eines Himmelskörpers mit der Masse der Erde beträgt etwa 8,9 Millimeter.

Allerdings sind die Bedingungen für die Entstehung eines Schwarzen Lochs sehr hart und erfordern einen extrem hohen Druck. Daher gibt es im Universum keine Kraft, die Sonne und Erde zu schwarzen Löchern zusammendrücken kann. Untersuchungen legen nahe, dass nur der Urknall und massereiche Sterne über diese Art von Energie verfügen. Wissenschaftler haben versucht, Teilchen mit extrem hoher Energie auf nahezu Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen und sie in einem großen Kollider kollidieren zu lassen, um ein Mikro-Schwarzes Loch mit der Masse eines Teilchens zu erzeugen. Bisher ist ihnen dies jedoch nicht gelungen oder sie haben es nicht beobachtet.

Die einzigen Schwarzen Löcher, die heute im Universum beobachtet werden, sind stellare Schwarze Löcher und supermassive Schwarze Löcher. Schwarze Löcher mit stellarer Masse sind Sterne mit der 30- bis 40-fachen Masse der Sonne. Im Spätstadium ihrer Entwicklung kommt die Kernfusion im Kern zum Stillstand und es bleibt nur ein Eisenkern übrig. Nach einer Supernova-Explosion wird die Eisenkugel unter enormem Druck zu einem schwarzen Loch komprimiert.

Fast alle Galaxien haben in ihrem Zentrum ein supermassereiches Schwarzes Loch, dessen Masse mehrere Millionen bis mehrere Hundert Millionen Mal so groß ist wie die der Sonne. Beispielsweise hat das Schwarze Loch Sagittarius A* im Zentrum der Milchstraße die 4,3 Millionenfache Masse der Sonne. das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie M87, dessen erstes Foto aufgenommen wurde, hat die 6,5 Milliardenfache Masse der Sonne; und das größte im Universum entdeckte Schwarze Loch, SDSS J073739.96+384413.2, hat die 104 Milliardenfache Masse der Sonne.

Obwohl ein stellares Schwarzes Loch langsam wächst, da es kontinuierlich nahegelegene Himmelsmaterie verschlingt, ist es für es sehr schwierig, diese Größe zu erreichen. Daher geht man im Allgemeinen davon aus, dass diese supermassiven Schwarzen Löcher durch den direkten Kollaps riesiger Nebelmaterie nach dem Urknall entstanden sind. Theoretisch entstanden zu Beginn des Urknalls viele Mikro-Schwarze Löcher, doch bisher konnte kein Beweis für ihre Existenz gefunden werden, vielleicht sind sie schon vor langer Zeit verdunstet.

Warum fressen schwarze Löcher alles?

Im Universum besitzt der größte bekannte Stern, R136A1, die 200- bis 300-fache Masse der Sonne, und das kleinste Schwarze Loch hat nur die dreifache Masse der Sonne. Aber selbst wenn r136a1 auf ein Schwarzes Loch trifft, wird es lediglich verschluckt. Warum haben Schwarze Löcher eine solche Kraft? Das liegt daran, dass die Schwerkraft eines Schwarzen Lochs so extrem ist.

Das Gesetz der universellen Gravitation wird wie folgt ausgedrückt: F=GMm/r^2. Dabei stellt F den Wert der universellen Gravitation dar, G ist die Gravitationskonstante, M und m sind die Massen der beiden Objekte unterschiedlicher Größe, die gravitativ miteinander interagieren, und r ist der Abstand zwischen den Schwerpunkten der Objekte. Diese Formel besagt, dass die Stärke der Schwerkraft proportional zur Masse des Objekts und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung ist. Mit anderen Worten: Schwerkraft ist die Wechselwirkung zwischen Objekten. Je größer die Masse, desto größer die Schwerkraft. Mit zunehmender Entfernung zwischen Objekten nimmt die Schwerkraft exponentiell ab.

Beobachtungen und Forschungsergebnisse haben bewiesen, dass jedes Objekt mit Masse diesem Gesetz folgt. Obwohl Schwarze Löcher seltsam sind, sind sie auch Himmelskörper mit Masse und unterliegen daher ebenfalls diesem Gesetz. Theoretisch ist die Gravitationskraft eines Schwarzen Lochs also dieselbe wie die jedes anderen Himmelskörpers. Bei gleicher Masse und gleicher Entfernung ist die Gravitationskraft gleich.

Warum ist die Schwerkraft eines Schwarzen Lochs dann so extrem, dass es alles verschlucken kann? Dies liegt daran, dass die Masse des Schwarzen Lochs auf eine extrem kleine Größe komprimiert und in den Schwarzschildradius der Masse gepresst wird und die Krümmung der Raumzeit unendlich wird. Auf diese Weise kann Materie, die einmal in diesen sphärischen Raum gelangt, nicht dem Schicksal entgehen, aufgefressen zu werden.

Gemäß der Gravitationsformel hat die Sonne mit einer Masse von 1,9891*10^30kg nun einen Radius von etwa 696.000 Kilometern und ihre Oberflächengravitation beträgt etwa 270N·m^2/km^2; Wenn die gleiche Sonnenmasse auf den Schwarzschildradius komprimiert wird, beträgt der Radius nur 2952 Meter und die kritische Gravitation ihres Schwarzschildradius erreicht 15 Billionen N·m^2/km^2.

Gemäß der Fluchtgeschwindigkeitsformel v=√(2GM/R) beträgt die Fluchtgeschwindigkeit von der Sonnenoberfläche 617,7 km/s (Kilometer/Sekunde). Wird die Sonne jedoch zu einem Schwarzen Loch, erreicht die Fluchtgeschwindigkeit am kritischen Punkt des Schwarzschildradius die Lichtgeschwindigkeit. Nach dem Erreichen des Schwarzschildradius ist die Fluchtgeschwindigkeit größer als die Lichtgeschwindigkeit. Die sogenannte Fluchtgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, die erreicht werden muss, um der Schwerkraft eines Himmelskörpers zu entkommen.

Die Lichtgeschwindigkeit ist die höchste Geschwindigkeit im Universum. Die Fluchtgeschwindigkeit aus einem Schwarzen Loch ist größer als die Lichtgeschwindigkeit. Kein Material kann sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, was bedeutet, dass kein Objekt, das in ein Schwarzes Loch eintritt, entkommen kann. Aus diesem Grund verzehren Schwarze Löcher alles und nicht einmal Licht kann entkommen.

Daher ist die Schwerkraft des Schwarzen Lochs, wie bei allen Himmelskörpern, proportional zur Masse. Da sich die Oberfläche des Schwarzen Lochs jedoch zu nahe am Kernteilchen befindet, wird die Schwerkraft extrem sein, wenn es sich seinem Schwarzschildradius nähert. Die Oberfläche jedes anderen Himmelskörpers ist relativ weit vom Gravitationskern entfernt. Sobald es sich dem Schwarzen Loch nähert, kann die Schwerkraft an der Oberfläche nicht mehr mit der des Schwarzen Lochs konkurrieren und es wird verschluckt.

Weit entfernt von einem Schwarzen Loch ist die Gravitationskraft anderer Himmelskörper jedoch genau die gleiche wie die des Schwarzen Lochs und proportional zur Masse. Bei Vorhandensein eines Sterns, der massereicher ist als ein Schwarzes Loch, wird das Schwarze Loch außerdem durch die Schwerkraft des Sterns eingeschränkt und umkreist den Stern oder die anderen Sterne.

Der Rand des Schwarzschildradius eines Schwarzen Lochs ist der kritische Punkt zwischen dem Beobachtbaren und dem Nicht-Beobachtbaren und wird als Ereignishorizont bezeichnet. Alle „Ereignisse“ eines Schwarzen Lochs, die der Mensch beobachten kann, liegen außerhalb des Ereignishorizonts. Sobald Materie den Schwarzschildradius erreicht, verschwindet sie vollständig.

Wenn ein Schwarzes Loch Himmelsmaterie verschlingt, zerschmettert es zunächst die gesamte Materie in Stücke. Diese in Elementarteilchen zerlegten Materialien bilden eine Akkretionsscheibe um den Äquator des schnell rotierenden Schwarzen Lochs. Bei der Kollision mit Zehntausenden von Kilometern pro Sekunde wird enorme Energie freigesetzt und in Form von grellem sichtbarem Licht, hochenergetischen Strahlen und Materiestrahlen in den Weltraum geschleudert.

Dies ist das Prinzip, warum Schwarze Löcher Licht aussenden und von Menschen gesehen und fotografiert werden können.

Der Prozess, bei dem ein Schwarzes Loch einen Stern verschluckt

Der Vorgang, bei dem ein Schwarzes Loch einen Stern verschlingt, besteht nicht darin, ihn mit einem Bissen zu verschlucken, wie sich manche Internetnutzer vorstellen. Stattdessen werden sich die eingefangenen Himmelskörper umeinander drehen, wenn sie sich immer näher kommen. Nach dem Eintritt in das extreme Gravitationsfeld des Schwarzen Lochs wird das Gas auf der Oberfläche des Sterns vom Schwarzen Loch wie ein Tornado langsam weggerissen, bis es in die Nähe seines eigenen Schwarzschildradius gesaugt wird, um eine Akkretionsscheibe zu bilden, und dann langsam aufgefressen wird.

Im Allgemeinen verschlingen Schwarze Löcher mit Sternmasse (also kleinere Schwarze Löcher) Materie nicht sehr schnell. Es würde Hunderte von Millionen oder sogar Milliarden von Jahren dauern, bis ein Schwarzes Loch mit der dreifachen Masse der Sonne einen Stern von der Größe der Sonne verschlingen könnte. Je größer das Schwarze Loch, desto schneller verschlingt es Sterne. Beispielsweise braucht das Schwarze Loch Sagittarius A*, dessen Masse 4,3 Millionen Mal so groß ist wie die der Sonne, Zehntausende von Jahren, um einen Stern zu verschlingen. Das Schwarze Loch der Galaxie M87, dessen Masse 6,5 Milliarden Mal so groß ist wie die der Sonne, benötigt jedoch nur 10 Jahre, um einen Stern zu verschlingen.

Die größten Schwarzen Löcher, die bisher im Universum entdeckt wurden, wie etwa das Schwarze Loch TON618 mit einer 66 Milliarden Sonnenmasse und das bereits erwähnte Schwarze Loch SDSS J073739.96+384413.2 mit einer 104 Milliarden Sonnenmasse, verschlingen Sterne mit einer Geschwindigkeit von Monaten und können in einem Jahr mehrere bis Dutzende Sterne fressen.

Wenn ein Schwarzes Loch jedoch einen Stern absorbiert, wird es ihn nicht vollständig verschlucken. Ein beträchtlicher Teil davon wird „verpasst“. Bei diesem unschönen Vorgang werden Materie- und Energiestrahlen erzeugt, die in den fernen Weltraum entweichen. So haben Wissenschaftler beispielsweise beobachtet, dass die Länge der Jets an den beiden Polen von Sagittarius A* Millionen von Lichtjahren erreicht, was einem Vielfachen des Durchmessers der Milchstraße entspricht. Diese ausgestoßene Materie kann nicht zurückkommen.

Daher gehen Wissenschaftler davon aus, dass das Universum lediglich 13,8 Milliarden Jahre alt ist und dass ein Schwarzes Loch mit stellarer Masse, egal wie viel es verzehrt, nicht viele Sterne verzehren kann. Bei den supermassereichen Schwarzen Löchern im Universum kann es sich nicht um Schwarze Löcher mit Sternmasse handeln, die langsam wachsen, indem sie Sterne auffressen. Sie können nur durch den Kollaps eines supergroßen Nebels in den frühen Tagen des Urknalls oder durch den Kollaps einer großen Masse dunkler Materie im Universum entstehen.

Was würde also passieren, wenn ein Schwarzes Loch in das Sonnensystem käme?

Dies kann nur eine Annahme sein, da die Wahrscheinlichkeit, dass ein Schwarzes Loch in das Sonnensystem gelangt, sehr gering ist. Sollte ein Schwarzes Loch den Menschen tatsächlich besuchen, hängen die Folgen von der Größe des Schwarzen Lochs ab.

Handelt es sich dabei um ein supermassereiches Schwarzes Loch, wie etwa das Schwarze Loch mit der 4,3 Millionenfachen Sonnenmasse im Kern der Milchstraße, das sich 10 Lichtjahre von der Sonne entfernt befindet, wird der Aufprall gewaltig sein. Gemäß der Formel für die Fluchtgeschwindigkeit muss sich die Sonne mit einer Geschwindigkeit von 110 km/s fortbewegen, um der Anziehungskraft dieses Schwarzen Lochs zu entkommen.

Derzeit umkreist die Sonne das Zentrum der Milchstraße mit einer Geschwindigkeit von etwa 250 km/s. Obwohl das Schwarze Loch die Sonne nicht in einer Entfernung von 10 Lichtjahren halten kann, wird es das Sonnensystem stark stören und die Bewegung der Planeten zerstören. Wenn sich das Schwarze Loch weiter nähert und die Position von Proxima Centauri erreicht, die 4,2 Lichtjahre vom Sonnensystem entfernt ist, muss die Fluchtgeschwindigkeit der Sonne relativ zum Schwarzen Loch 169 km/s betragen und die Störungen, denen es ausgesetzt ist, werden zunehmend größer.

Wenn das Schwarze Loch eine Entfernung von 1 Lichtjahr von der Sonne erreicht, beträgt die Fluchtgeschwindigkeit an der Position der Sonne 348 km/s. Das gesamte Sonnensystem ist zu einer Schildkröte im Glas geworden, aus der es kein Entkommen gibt. Nach und nach wird das Sonnensystem mit einer Geschwindigkeit von mehr als 300 Kilometern pro Sekunde auf das Schwarze Loch zufliegen. Mit zunehmender Entfernung nimmt die Geschwindigkeit exponentiell zu. Die Sonne und alle Planeten werden bald zerfallen und zu Hochtemperaturplasma in der Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs werden.

Daher wird das gesamte Sonnensystem schnell zusammenbrechen und verschwinden, sobald ein supermassereiches Schwarzes Loch auftaucht. Es besteht keine Frage darüber, was mit dem Sonnensystem geschehen wird, nachdem es die Sonne verschluckt hat. Ganz zu schweigen von Schwarzen Löchern, die viel massereicher sind als Sagittarius A*.

Wenn ein stellares Schwarzes Loch in das Sonnensystem gelangt, wird es zwar am Ende vollständig verschluckt, der Prozess läuft jedoch etwas anders ab. Wenn ein Schwarzes Loch mit der dreifachen Masse der Sonne in das Sonnensystem eindringt. Wenn es mehr als ein Lichtjahr vom Sonnensystem entfernt ist, wenden sich die Planeten im Sonnensystem mit Ausnahme von Jupiter von der Sonne ab und kreisen um das Schwarze Loch. Die Sonne und die vier terrestrischen Planeten Venus, Merkur und Mars werden näher an das Schwarze Loch herangezogen.

Die Unordnung und die Geschwindigkeitsänderungen in der Erdumlaufbahn werden dazu führen, dass die Erdplatten auseinanderdriften und sich verformen, und geologische Katastrophen wie Vulkanausbrüche, Erdbeben und Tsunamis werden sich auf der ganzen Welt ausbreiten und verheerende Schäden an Lebewesen verursachen. Dann werden die Umlaufbahnen aller Planeten neu gemischt, einige werden vom Schwarzen Loch auseinandergerissen und verschluckt, andere bilden möglicherweise neue Umlaufbahnen um das Schwarze Loch.

Die Sonne wird definitiv auseinandergerissen und das Oberflächenplasma wird einen langen und dünnen Feuerdrachen bilden, der auf das Schwarze Loch zufliegt. Bei der Annäherung des Schwarzen Lochs kollabiert die Sonne vollständig und wird zur Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs. Nach zehn Jahren langsamen Verbrauchs wird ein Teil der Energie schließlich in den Weltraum entweichen und die restliche Materie wird vom Schwarzen Loch verschluckt.

Bei diesem Verschlingungsprozess werden ständig enorme Energiemengen freigesetzt. Wenn die Erde zu diesem Zeitpunkt noch existieren würde, würden alle Lebewesen auf ihr zu Asche verbrannt sein. Wenn die Sonne vollständig verschluckt wird und das Schwarze Loch erlischt und unsichtbar wird, wird die Schwerkraft immer noch existieren. Wenn die Erde überlebt, müsste ihre Umlaufgeschwindigkeit in einer Entfernung von 200 Millionen Kilometern vom Schwarzen Loch etwa 48 km/s erreichen.

Doch zu dieser Zeit gibt es auf der Erde weder Licht noch Wärme, und sie ist in Dunkelheit getaucht. Die Temperatur sinkt allmählich auf etwa -270 Grad Celsius. Alles erstarrt und wird zu einem dunklen, toten Stern. Es wird unmöglich sein, das Leben neu zu starten.

Das ist alles für heute, vielen Dank fürs Lesen und herzlich willkommen zur Diskussion.

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