Wie entsteht ein schwarzes Loch?

Der Inhalt dieses Videos ist an einen Vortrag gehalten, den ich einmal im Themenblock Astronomie gehalten hatte. Zu Beginn werde ich mit der Entstehung des Schwarzen Loches, also wie es überhaupt dazu kommt und welche Bedingungen erfüllt sein müssen, und dann werde ich die einzelnen Stadien erklären. Und anschließend gehe ich noch auf ein paar Effekte ein, die bei einem Schwarzen Loch auftreten können. Als erstes muss man sich die allgemeine Frage stellen, was ist überhaupt der Ursprung eines Sterns oder von Planeten. Bei Planeten beginnt alles mit einer Ansammlung von Staub und Partikeln, und bei Sternen dann Gase wie Wasserstoff. Da im Universum nichts fixiert ist und alles in Bewegung ist, entstehen Ballungszentren von Gasen, die durch mehr und mehr Masse von anderen Atomen angezogen werden. Und wenn ein bestimmter Punkt überschritten ist, sprich die Masse zu stark wird, erhöht sich der Druck und die Temperatur im Inneren. Weitere Atome werden angezogen und irgendwann ist der Druck im Inneren des Sterns so hoch, dass einzelne Wasserstoffatome zu Helium fusionieren. Und dabei wird dann wieder Energie frei, was dafür sorgt, dass die Temperatur stetig steigt. Und damit beginnt eine Kettenreaktion, die den Stern sozusagen selbst entzündet. Aber das Ganze muss natürlich unter bestimmten Voraussetzungen stattfinden. Und dafür ist jetzt die nächste Grafik, es muss ausreichend Masse in Form von Wasserstoff vorhanden sein. Das heißt, dieser Vorgang entsteht nur in sogenannten Nebeln, da dort ausreichend freie Masse verfügbar ist. Und der nächste Zustand nach der Komprimierung ist dann der uns bekannte Zustand als Stern, in unserem Fall natürlich die Sonne. Dort wird die Energie kontinuierlich durch Fusion von Wasserstoff zu Helium gewonnen. Wichtig ist, dass es dabei unterschiedliche Arten von Sterne gibt. Eingeteilt wird jeder Stern in sogenannte Hauptreinsterne. Je rötlicher ein Stern leuchtet, desto Leuchtkraftärmer ist dieser. Und je bläulicher, desto stärker ist die Leuchtkraft und die damit freigesetzte Energie. Und wir betrachten uns jetzt erstmal speziell den gelben Stern. Gelbe Sterne müssen natürlich eine bestimmte Masse besitzen, um als gelber Stern eingestuft werden zu können. Und diese Stufe als gelber Stern endet nach einigen Milliarden Jahren. Die nächste Phase ist dann die des roten Riesen. Und jetzt vereinfacht gesagt wirkt in einem Stern ein Gleichgewicht. Einmal die Gravitation, die ins Zentrum des Sterns wirkt, und dann einmal die Fusionsenergie und der Druck, der dabei entsteht, nach außen. Und dieses Gleichgewicht bleibt für einige Milliarden Jahre so bestehen. Und wenn der größte Teil des Wasserstoffes fusioniert ist, nimmt die Energieausbeute und der Gasdruck, der nach außen wirkt, ab. Und daraufhin verdichtet sich der Stern kurzzeitig, weil die Gravitation natürlich gleich bleibt. Im Kern wird dadurch eine deutlich höhere Dicht- und Temperatur erreicht, die das Helium zu weiteren Elementen fusionieren lassen. Das wiederum hat dann zur Folge, dass die Temperatur im Kern ansteigt und somit auch die Wasserstoffreserven im äußeren Bereich des Sterns fusionieren. Und die dadurch entstandenen höheren Temperaturen bewirken, dass verstärkt Masse ins Universum geschleudert wird, wodurch natürlich dann die Gesamtmasse des Sterns abnimmt. Und wenn die Gesamtmasse abnimmt, nimmt natürlich auch die Gravitation ab. Aber der innere Gasdruck, der durch das Verbrennen der Wasserstoffreserven zunimmt, weil er die Gravitation abnimmt und der Gasdruck zunimmt und dadurch das Gleichgewicht gestört ist. Im jetzigen Stadium ist dann Wasserstoff vollständig zu Helium fusioniert worden, wodurch dann die Temperatur, die enorm hoch ist und genauso wie die Dichte, dafür sorgen, dass Heliumbrennen einsetzt. Und dieses Heliumbrennen sorgt für neue Energie, die die Temperatur weiterhin steigen lässt, wodurch immer mehr Energie entsteht und damit sich der Prozess immer schneller aufschaukelt und mit dem Wegsprengen der äußeren Hülle endet. Es entsteht ein planetarischer Nebel. Und im Inneren des planetarischen Nebels bleibt ein weißer Zwerg übrig. Und dieser weiße Zwerg ist nichts anderes als der übrig gebliebene glühende Kern des Sternes. Und dieser Fall tritt zum Beispiel nur ein, wenn die Sonnenmasse relativ gering ist, wie bei unserer Sonne. Im weißen Zwerg finden keine Fusionsprozesse mehr statt. Die übrig gebliebene Masse glüht einfach nur noch vor sich hin. Und theoretisch würde es auch irgendwann zu dem Punkt kommen, dass dieser weiße Zwerg zu einem schwarzen Zwerg wird, in dem Moment, wo einfach die komplette restliche Energie in Form von Wärmestrahlung abgegeben worden ist. Aber dafür ist das Universum noch zu jung. Wenn man jetzt aber als Ursprungsstern einen Stern wählt, der eine deutlich höhere Masse hat, sind die Zwischenstufen bis zum Endstadium etwas anders. Die Abläufe beim Entstehungsprozess sind identisch mit dem bisherigen Stern, nur dass eben eine deutlich höhere Masse zustande kommt. Und irgendwann erreicht dann auch dieser Stern das Ende der Lebenszeit und bläht sich zu einem roten Riesen auf. Wie jeder andere Stern eben auch. Doch jetzt folgt noch eine weitere Zwischenstufe, und zwar wird der rote Riese noch zu einem roten Überriesen und steigert seine Größe ins fast unvorstellbare. Aber dieser Zustand wird immer instabiler, bis dann irgendwann der Gasdruck so enorm hoch wird, dass die äußere Hülle in einer gewaltigen Supernova weggesprengt wird. Die dabei frei werdende Energie bewirkt eine extreme Komprimierung des Kerns, sodass wenn die kritische Masse überschritten wird, der Kern in sich zusammenfällt und die Anziehungskraft so groß wird, dass selbst Licht nicht mehr aus der Gravitation entfliehen kann. Und das schwarze Loch ist in dem Moment entstanden. Sollte die kritische Masse nicht überschritten worden sein, entsteht ein Neutronenstern. In diesem Fall reicht aber die Anziehungskraft aus, um in den Elementen die Elektronen in den Atomkern stürzen zu lassen, sodass der komplette Neutronenstern, wie der Name schon sagt, nur noch aus Neutronen besteht, sodass sich eben diese große Masse auf diesem kleinen Raum befinden kann. Und im Prinzip kann aus allem ein schwarzes Loch werden. Die Bedingung ist nämlich nur, dass Atome extrem komprimiert werden, sodass die Anziehungskraft der Masse auf einen extrem kleinen Bereich verlagert wird. Und in diesem Bereich muss die Anziehungskraft so groß sein, dass Licht nicht mehr von dieser Stelle entweichen kann. Und um sich das jetzt vorstellen zu können, nehmen wir mal die Erde als Beispiel. Man müsste die komplette Erde mit allem, was sich darauf befindet, auf einen Durchmesser von zwei Zentimetern komprimieren, damit aus der Erde ein schwarzes Loch werden würde. Und diese enorme Energie, die dafür nötig ist, um eine Masse auf so einen kleinen Raum komprimieren zu können, entsteht nur bei einer Supernova. Und jetzt zum Schluss betrachten wir nochmal drei Effekte, die bei einem schwarzen Loch auftreten. Durch die enorme Gravitation bewirkt ein rotierendes schwarzes Loch, dass sich nähernde Objekte anfangen, um die Achse des schwarzen Loches zu drehen. Sprich, Objekte werden gezwungen, sich um die Achse des schwarzen Loches zu drehen, ohne dass irgendetwas dieses verhindern kann. Und dabei treten die sogenannten Gezeitenkräfte auf, also ein rapider Anstieg der anziehenden Kräfte, sodass bei Annäherung von Objekten diese in sich zerrissen werden. Theoretisch wäre es möglich, wenn man sich an einem bestimmten Punkt in der Nähe eines schwarzen Loches befindet, sich selber von hinten sehen zu können. Und das kommt daher zustande, dass das Licht an dieser Stelle so abgelenkt werden würde, dass es einmal um das schwarze Loch kreisen würde, bis es wieder in die eigenen Augen fällt und man sich so von hinten sehen könnte. Wenn irgendetwas unklar geblieben ist oder eine Frage entstanden ist, einfach einen Kommentar schreiben und darauf werde ich dann demnächst eingehen.