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Frage gestellt duke6asp am 9 Nov 2021. Diese Frage wurde auch von JeremyG, buss6mag gestellt.
Frage: Was befindet sich in einem Schwarzenloch?
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Domenik Ehlert Beantwortet am 9 Nov 2021:
Gute Frage.
Ich bin kein Experte wenn es um Relativitätstheorie geht, aber ich versuch trotzdem mal eine Erklärung nach meinem besten Wissen.
Ein schwarzes Loch besteht ja im Wesentlichen aus Materie, z.B. den Überresten eines Sterns, die in einem unendlich kleinen und unendlich dichten Punkt konzentriert ist – die sogenannte Singularität. Durch diese extreme Dichte hat man in der direkten Umgebung eine so starke Gravitationskraft, dass bei Unterschreiten einer bestimmten Entfernung selbst Licht nicht mehr entkommen kann – der Ereignishorizont. Alles was innerhalb dieses Radius vor sich geht ist komplett vom Universum außerhalb abgeschnitten; nichts kommt da mehr raus und wir werden deshalb auch nie beobachten können wie es da aussieht sondern können nur theoretische Vermutungen anstellen. Der Radius des Ereignishorizonts hängt übrigens von der Masse des schwarzen Lochs ab (und davon wie schnell es sich dreht). Bei einem schwarzen Loch mit der selben Masse wie die Erde wären das gerade mal 9mm, bei einer Sonnenmasse aber schon fast 3km.
Wenn du in so ein schwarzes Loch rein fallen würdest, dann würdest du durch die starken Gravitationskräfte (eigentlich den Gradienten davon) in die Länge gezogen werden (’spaghettification‘) und den Eintritt sehr wahrscheinlich nicht überleben. Für sehr schwere schwarze Löcher wo der Gradient geringer ist könntest du aber vielleicht überleben. Übrigens, wegen relativistischen Effekten würde dein Fall für einen Beobachter außerhalb scheinbar immer langsamer werden und am Ereignishorizont würdest du komplett stehen bleiben (nach deiner eigenen Wahrnehmung würdest du aber reinfallen).
Nach dem normalen Verständnis gibt es innerhalb des Ereignishorizonts nichts außer der Singularität, zumindest wenn das schwarze Loch nicht rotiert. Falls es sich aber dreht dann sagt die Relativitätstheorie aber vorher, dass der Ereignishorizont kleiner wird – bis zu 50% kleiner für einen bestimmten maximalen Drehimpuls. Für noch größere Drehimpulse würde der Ereignishorizont sogar komplett verschwinden; zumindest wenn man den Formeln vertraut. Damit hätte man dann eine Singularität ohne das sie ’schwarz‘ wäre. Man kann sich außerdem auch vorstellen, dass bei rotierenden schwarzen Löchern die ganze Materie nicht in eine einzige Singularität zusammenfällt sondern einen rotierenden Ring innerhalb des Ereignishorizonts bildet, aber dafür müsstest du wirklich einen Spezialisten fragen der sich besser mit Relativitätstheorie auskennt.Grüße,
Domenik
Kommentare
Maria commented on :
Domenik hat die Frage sehr treffend beantwortet. Wir können nur spekulieren, was sich in einem schwarzen Loch befindet, da keine Informationen aus dem Loch herauskommen. (Ok, es gibt die nach Steven Hawking benannte Hawking-Strahlung, aber diese ist thermisch und enthält keinerlei Informationen über das Innere des schwarzen Lochs. Es gibt auch Theorien, die besagen, dass doch Informationen aus den schwarzen Löchern kommen könnten, aber nachgewiesen wurde da bisher noch nichts.) Genau genommen wissen wir nicht mal so genau, ob unsere physikalischen Gesetze unter so extremen Bedingungen noch gültig sind.
Ich würde zum Verständnis noch eine Erklärung hinzufügen wollen:
Die Materie, also alles, das aus Teilchen besteht, die wir in unserem Universum messen können, ist in einem schwarzen Loch hochgradig entartet. Das heißt, sie nimmt eine Form an, die wir so nicht unter „normalen“ Bedingungen im Universum finden würden. Der größte Teil der Materie besteht aus Atomen oder aus ihren Bestandteilen, den Atomkernen und Elektronen. Ursprung eines schwarzen Lochs sind massereiche, also sehr schwere, Sterne, die mindestens 8 mal so schwer wie unsere Sonne sind. In solchen Sternen befinden sich zunächst kleine, leichte Atomkerne, die zu größeren Atomkernen verschmolzen werden. Dazu gab es auch eine Frage, deren Antworten du hier nachlesen kannst: https://teilchenwelt.imascientist.de/question/warum-scheint-die-sonne/
Irgendwann ist Schluss mit dem verschmelzen von Atomkernen, da die Sterne ab dem Punkt mehr Energie brauchen, um die Atomkerne zu verschmelzen als bei dem verschmelzen Energie frei wird. Diese Energie hat der Stern aber nicht. Wenn der Stern aber auch keine Energie in Form von Lichtteilchen (Photonen) erzeugt, dann fehlt der Druck von innen, da es keine Teilchen mehr gibt, die von innen nach außen wollen und dabei einen Druck ausüben. Das heißt, dass der Stern unter seinem eigenen Gewicht in sich zusammen fällt. Dabei wird es im Inneren des Sterns so heiß und der Druck wird so groß, dass selbst die Atomkerne innerhalb des Sterns dem Druck nicht mehr standhalten. Die freien Elektronen im Stern werden mit den Protonen der Kerne „verschmolzen“ und es entstehen Neutronen. Zu diesem Zeitpunkt hat man einen sogenannten Neutronenstern. Wenn der Stern nun vorher noch schwerer war, also mehr als 40 mal so schwer wie die Sonne, dann ist das Gewicht immer noch zu groß und der Neutronenstern fällt weiter in sich zusammen bis ein schwarzes Loch entsteht. Die Neutronenkerne werden also noch weiter zusammengedrückt. Wie genau die Materie dann aussieht ist nicht zu sagen. Da Masse und Energie aber nach der berühmten Formel E = m*c^2 das gleiche sind, ist es auch gut möglich, dass die Materie quasi in Energie umgewandelt wird und schwarze Löcher riesige „Energiebälle“ sind.