Seit Astronomen am Mittwoch die erste Aufnahme eines Schwarzen Loches veröffentlicht haben, sind diese exotischen Objekte ins Rampenlicht der öffentlichen Aufmerksamkeit gerückt. Höchste Zeit, einige Fragen zu ihrem bizarren Wesen zu beantworten - und der Kunst, sie zu fotografieren.
Was ist ein Schwarzes Loch?
Wenn ein ausgebrannter Stern genug Masse hat, etwa 25 Sonnenmassen oder mehr, dann stürzt er an seinem Lebensende unter seiner eigenen Schwerkraft in sich zusammen, bis seine Masse auf einem einzigen Punkt konzentriert ist. Dabei krümmt sich die Raumzeit so stark, dass sie quasi reißt: Eine sogenannte Singularität entsteht, an der Raum und Zeit ihre Bedeutung verlieren.
Astronomen präsentieren das erste Bild eines Schwarzen Loches. Die Aufnahme ist ein historischer Erfolg - sie erlaubt einen Blick in Abgründe der Gravitation.
Was ist der Ereignishorizont?
Der Ereignishorizont ist eine mathematische Hülle, die das Schwarze Loch umgibt: Jenseits dieser Grenze ist der Sog der Schwerkraft so stark, dass nichts ihr wieder entkommen kann, nicht einmal das Licht - darum ist das Loch im wahrsten Sinne des Wortes "schwarz". Außerhalb des Horizonts jedoch verhält sich das Schwarze Loch recht manierlich - im Grunde wie eine "normale" Masse, nur eben eine sehr große. Es ist auch ein häufiges Missverständnis, dass es Materie aus seiner Umgebung unweigerlich einsaugen würde wie ein kosmischer Staubsauger: Das tut es nicht. Alles, was zufällig hineinfällt, hat allerdings das Pech, für immer verloren zu sein.
Warum spricht man von Raumzeit?
Vor Albert Einstein glaubte die Wissenschaft, das Universum sei ein starres Gebilde, in dem alle Objekte wie Sterne und Galaxien wie vor einer Theaterkulisse hängen. Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie hat schließlich Subjekt und Objekt umgekehrt: Raum und Zeit sind demnach nicht fix, sondern ein formbares Gewebe, das von den Himmelskörpern gebogen und ausgebeult wird. Man kann es sich vorstellen wie Murmeln, die auf einer Gummimatte liegen. Dort, wo sich zum Beispiel ein schwerer Stern befindet, formt sich eine Delle in Raum und Zeit, und Objekte, die in die Nähe kommen, rutschen in diese Vertiefung hinein. Sie werden scheinbar angezogen. Das ist die Schwerkraft.
Was passiert, wenn man in ein Schwarzes Loch hineinfällt?
Das ist sehr schwer zu sagen, und es hängt vom Standpunkt des Betrachters ab. Sicher ist eigentlich nur, dass man nicht auf die Rückseiten von Bücherregalen trifft wie in dem Film "Interstellar", der ansonsten über weite Strecken wissenschaftlich erstaunlich korrekt ist. Vor allem aber würde ein Mitreisender außerhalb des Schwarzen Lochs beim Zuschauen alt und grau werden: Aus seiner Sicht würde die Zeit am Rand des Schwarzen Lochs wegen der starken Gravitation nahezu stehen bleiben, und sein unglücklicher Freund würde immer langsamer fallen (während sein Körper zumindest bei einem kleineren Schwarzen Loch wegen des Gravitationsgefälles spaghettiartig in die Länge gezogen würde). Man selbst hingegen würde insbesondere bei einem supermassiven Schwarzen Loch scheinbar problemlos den Horizont passieren und schneller und schneller fallen, vor sich die Vergangenheit in Form alles dessen, was zuvor ins Schwarze Loch gefallen ist; hinter sich die Zukunft. Nur berichten könnte man von der Erfahrung nie.
Warum können Schwarze Löcher Strahlung und Materie ins All schleudern?
Es klingt paradox, dass ausgerechnet Schwarze Löcher zu den stärksten Strahlungs- und Materiequellen im Universum gehören. Sollten sie nicht vielmehr Dinge verschlucken? Das tun sie auch - aber während Gas und kosmischer Staub um das Schwarze Loch herumwirbeln, werden sie auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt; so entsteht die sogenannte Akkretionsscheibe, eine Materie-Scheibe rings um das Schwarze Loch. Ein Teil davon fällt schließlich in das Schwarze Loch hinein und vergrößert dessen Masse. Aber in einem bis heute nicht ganz geklärten Mechanismus wird auch heißes Gas senkrecht zur Akkretionsscheibe ins All geschleudert. Im Fall des nun fotografierten Schwarzen Lochs in der Galaxie M87 geschieht dies sogar über die enorme Strecke von rund 5000 Lichtjahren hinweg. Allerdings handelt es sich dabei um Materie, die nie den Ereignishorizont überschritten hat. Sie wird also durch das Schwarze Loch beschleunigt, kommt aber nicht aus ihm heraus. Anders verhält es sich mit der nach dem vergangenes Jahr verstorbenen Physiker Stephen Hawking benannten Hawking-Strahlung: Sie beruht auf einem bizarren Quanteneffekt und sollte tatsächlich dazu führen, dass ein Schwarzes Loch ohne neue Nahrung irgendwann verdampft.
Wie groß sind Schwarze Löcher?
Das "Loch" selbst, also die Singularität der Raumzeit, hat keine Ausdehnung. Der Radius des Ereignishorizonts hingegen, also jenes dunklen Schattens, der auf der ersten Aufnahme zu erkennen ist, hängt von der Masse ab: Ganz grob überschlagen beträgt er für jede Sonnenmasse drei Kilometer. Macht bei den 6,5 Milliarden Sonnenmassen des Zentrums von M87 knapp 20 Milliarden Kilometer. Zum Vergleich: Der äußerste Planet Neptun ist rund 4,5 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt, die äußerste Voyager-Sonde rund 17 Milliarden Kilometer. Somit hätte das Sonnensystem relativ locker innerhalb des Ereignishorizonts Platz - auch wenn ihm das nicht sonderlich gut bekäme.
Sieht ein Schwarzes Loch wirklich so aus wie auf dem Bild?
Nicht direkt. Wenn man mit einem unglaublich guten optischen Teleskop auf das Schwarze Loch schauen könnte, würde man die charakteristischen Strukturen nicht erkennen, weil es von undurchsichtigen Materiewolken umgeben ist. Darum wurde die Aufnahme mit Radiowellen gemacht, die solche Wände problemlos durchdringen. Auch die Farben sind künstlich und stehen für unterschiedliche Intensitäten. Aber sonst - vorausgesetzt, die Physiker haben bei der Datenanalyse alles richtig gemacht - zeigt die Aufnahme die Realität.