Schwarze Löcher sind kosmische Staubsauger – massive Objekte, die so groß sind, dass nicht einmal Licht ihnen entkommen kann.
Die meisten Menschen stellen sich vor Schwarze Löcher tue nichts, als dazusitzen und wandernde Gas- oder Staubstücke zu verschlingen.
Aber könnten Schwarze Löcher tatsächlich ein interessanteres Innenleben haben? Könnten sie zum Beispiel explodieren? Wenn eine „Explosion“ „eine plötzliche, kurze Freisetzung enormer Energiemengen“ ist, dann ist die Antwort eindeutig ja. Und das Beste daran ist, dass sie auf verschiedene interessante Arten explodieren können, entweder indem sie sich selbst oder ihre nahe Umgebung zur Detonation bringen.
Hawking-Strahlung
Es gibt eine Möglichkeit, wie Schwarze Löcher explodieren können. Der Prozess dahinter hängt mit der Tatsache zusammen, dass Schwarze Löcher nicht vollständig schwarz sind, was 1976 vom berühmten Astrophysiker Stephen Hawking entdeckt wurde.
„In der klassischen Physik kann nichts aus dem Loch herauskommen“, sagte Samir Mathur, Physiker an der Ohio State University, in einer E-Mail gegenüber Live Science. „Aber Hawking hat das mit gefunden Quantenmechanik, das Loch gibt seine Energie langsam ins Unendliche ab, indem es energiearme Strahlung aussendet; das nennt man Hawking-Strahlung.“
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Solange ein Schwarzes Loch kein neues Material ansaugt, wird es langsam an Masse verlieren, wenn es Hawking-Strahlung aussendet. Hawking-Strahlung wird jedoch langsam emittiert. Ein normales Schwarzes Loch mit einer Masse, die einige Male so groß ist wie die der Sonne, emittiert jedes Jahr ungefähr ein Photon oder Lichtpaket. Bei dieser Rate würde das typische Schwarze Loch 10^100 Jahre brauchen, um vollständig zu verdampfen.
Aber Hawking erkannte, dass kleinere Schwarze Löcher viel schneller verdampften. Wenn ein Schwarzes Loch immer kleiner wird, sendet es immer mehr Strahlung aus. In den letzten Augenblicken seines Lebens gibt das Schwarze Loch so schnell so viel Strahlung ab, dass es tatsächlich wie eine Bombe wirkt und einen Strom hochenergetischer Strahlung und Teilchen freisetzt.
Wenn kleine Schwarze Löcher (ca Erde), die im extrem frühen Universum entstanden sind, würden sie einige Milliarden Jahre brauchen, um zu verdampfen, was bedeutet, dass diese „primordialen“ Schwarzen Löcher, falls sie existieren, gerade jetzt im ganzen Universum explodieren würden.
Bis heute haben Astronomen keine Hinweise auf explodierende Ur-Schwarze Löcher gefunden, aber sie könnten dort draußen sein.
super Strahlkraft
Schwarze Löcher knallen mit einer anderen Art von Explosion, die nirgendwo sonst im Universum zu finden ist, dank der Tatsache, dass sie sich drehen. Rotierende Schwarze Löcher – zu Ehren des neuseeländischen Mathematikers Roy Kerr, der als Erster herausfand, wie sie funktionieren, auch Kerr-Schwarze Löcher genannt – erschaffen eine Ergosphäre um ihren Ereignishorizont. Eine Ergosphäre ist ein langgestreckter Raumbereich, in dem nichts stillstehen kann. Alles, was auf das sich drehende Schwarze Loch fällt, beginnt, es zu umkreisen, wenn das Teilchen in die Ergosphäre eintritt.
Das Drehen Freizeit um ein Schwarzes Loch kann auch Photonen anziehen. Wenn genügend Photonen vorhanden sind, können sie voneinander oder von wandernden Partikeln abprallen. Manchmal führt das Aufprallen dazu, dass die Photonen aus der Ergosphäre entweichen. Aber manchmal bewirkt das Aufprallen, dass die Photonen tiefer in Richtung des Schwarzen Lochs fallen, wo sie Energie gewinnen. Sie können dann wieder in eine höhere Umlaufbahn gestreut werden und dann wieder herunterfallen.
Mit jeder Wiederholung des Vorgangs und jeder Umrundung des Schwarzen Lochs gewinnt das Photon an Energie. Dieser Vorgang wird „Überstrahlung“ genannt. Wenn sich das Photon schließlich löst, verfügt es im Vergleich zu seiner ersten Reise über eine enorme Energiemenge.
Wenn genügend Photonen an dem Prozess teilnehmen, können sie alle auf einmal mit unglaublicher Energie ausbrechen und zu einer sogenannten „Bombe des schwarzen Lochs“ werden. Auch wenn das Schwarze Loch selbst nicht explodiert, zeigt dieser Superradiant-Effekt einmal mehr, wie stark Schwarze Löcher ihre Umgebung beeinflussen können.
Scheiben und Jets
Die häufigste Art, wie Schwarze Löcher Explosionen verursachen, ist nicht ihre eigene Selbstzerstörung, sondern die schiere Kraft ihrer überwältigenden Gravitationskraft. Supermassive Schwarze Löcher sitzen im Zentrum von Galaxien, und manchmal kommen große Materieklumpen, wie Sterne, zu nahe vorbei. Wenn das passiert, wird der Stern durch Gezeiteneffekte in Stücke gerissen, und dieser Zerreißvorgang setzt einen explosiven Energieschub frei. Astronomen auf der Erde können diese Energiefreisetzung als kurzes, aber intensives Aufflackern beobachten Röntgen Sonstiges Gammastrahlen Strahlung.
Diese riesigen Schwarzen Löcher zerfetzen nicht nur Sterne, sondern sammeln auch häufig Materieschwärme, die in riesigen Akkretionsscheiben ständig um sie herumwirbeln. Die Akkretionsscheiben erreichen Temperaturen von Billiarden Grad und sind damit die hellsten Objekte im Universum – eine einzige leuchtende Scheibe kann über eine Million Galaxien gleichzeitig überstrahlen.
Am stärksten wickeln sich die Scheiben elektrisch und auf Magnetfelder die einen Teil des Scheibenmaterials um die Schwarzen Löcher herum und in Form von langen, dünnen Jets, die Zehntausende von Lichtjahren erreichen, herumleiten.
Obwohl diese Jets technisch gesehen nicht als Explosionen gelten, sind sie dennoch ziemlich intensiv.
Ursprünglich veröffentlicht auf Live Science.