Der Stern ist ausgebrannt:

Solange ein Stern Energie produziert und strahlt heben sich  im Innern des Sterns der Gas- und Strahlungsdruck die nach innen gerichtete Gravitation auf, der Stern befindet sich im hydrostatischen Gleichgewicht. Sind jedoch alle nuklearen Reaktionen im Kern und den inneren Schalen soweit vorangeschritten, daß weitere Fusionen nur noch durch Energiezufuhr ablaufen könnten, "haucht" der Stern sein Leben aus. Das ist der Fall, wenn die Kernregion nur noch aus Eisen besteht. Dieses kann nicht weiter fusionieren und damit wird keine Energie mehr freigesetzt. Es gibt keinen Gasdruck mehr, um der Gravitation entgegen zu wirken, der Stern ist ausgebrannt und folgt nun in Abhängig von seiner Masse einem vorbestimmten Schicksal.

 

Die Masse bestimmt den Weg:

Ab diesem Zeitpunkt bestimmt die Masse des Sterns das weitere Geschehen. Ein ausgebrannter Stern wird, wenn er unterhalb 8 Sonnenmassen liegt in einer Nova seine äußere Hülle abwerfen und dann eine im Verhältnis viel kleinere Restmasse übrigbehalten. Die Masse wird bei 0,1 bis 1,4 Sonnenmassen liegen und es  entsteht ein weißer Zwerg. Dabei nennt man diese 1,4 Sonnenmassengrenze die Chandrasekar-Grenze. Die Stabilisierung des Sterns erfolgt nun durch das Pauli-Prinzip. Man kann einen solchen Stern auch als großes Atom betrachen, der etwa Erdgröße besitzt.
Hatte der Stern ursprünglich mehr als 8 Sonnenmassen, so wird er in einer Supernove auch seine Hülle fortschleudern, aber es bleibt eine größere Restmasse übrig. Liegt die Masse über 1,4 Sonnenmassen, so können Protonen mit Positronen zu Neutronen verschmolzen werden. Es entsteht ein entartetes Neutronengas. Es entsteht also ein Neutronenstern mit ca. 10 km Durchmesser. Ab einer kritischen Masse von 1,8 Sonnenmassen kann nichts mehr dem Druck der Materie entgegenwirken und es entstehen dann ein Schwarzes Loch.

 

Die Kontraktion zum Schwarzen Loch:

Innerhalb  stürzester Zeit (wenige Sekunden) fällt der Stern in sich zusammen. Es gibt kein Halten mehr weder bei Erreichen der Erdgröße wie bei einem Weißen Zwerg, noch  bei einem Durchmesser von 10- 20 km, wenn ein Neutronenstern entsteht. Der Sturz des Sterns hört nicht einmal bei dem Durchmesser eines Elementarteilchens auf. Er endet erst im sogenannten Punkt der Singularität, in dem alle physikalischen Gesetze wie wir sie bislang kennen ihre Gültigkeit verlieren. Es ist ein Schwarzes Loch entstanden, das nichts als Gravitation hinterläßt.  Der Stern verschwindet aus dem sichtbaren Universum, als hätte ihn jemand einfach ausgeschaltet. Die Gravitation, die schwächste aller Naturkräfte, hat jetzt ihren größten Sieg errungen.

 

Eigenschaften eines Schwarzen Loches:

Die Ausdehnung der Materie in einer Sigularität nähert sich Null und die Dichte geht gegen Unendlich. Ein solcher Zustand ist für uns nicht mehr faßbar, die Allgemeine Relativitätstheorie Einsteins, die Singularitäten vorraussagt, versagt völlig bei ihrer Beschreibung. Sicher ist aber, daß in einem Zustand unendlicher Dichte kein Atom oder Molekül mehr existiert. Es ist nicht einmal vorstellbar, daß es dort noch Elementarteilchen wie Protonen oder Neutronen geben könnte, selbst Quarks werden hier keine Chance mehr haben. Eventuell ließe sich der Materiezustand durch die Stringtheorie beschreiben, die vielleicht eines Tages die Verbindung zwischen Relativitätstheorie und Quantenmechanik ermöglicht. Bislang wissen wir definitiv nichts über das Innere eines Schwarzen Lochs. Warum? Die Gravitation eines solchen Objektes ist derart groß, daß selbst Licht nicht aus ihm entkommen kann. Die Fluchtgeschwindigkeit liegt über der Lichtgeschwindigkeit ( 300 000 km/s). Zum Vergleich: die Fluchtgeschwindigkeit von der Erde beträgt 11,2 km/s. Da nun jede Information sich höchstens mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten kann, gibt es keine Möglichkeit der Nachrichtenübermittlung aus einem Schwarzen Loch. Daher rührt auch seine Bezeichnung, denn kein Licht, keine Strahlung kann uns seine Existenz verraten.
Würde sich ein Raumschiff dem Schwarzen Loch nähern, so könnte ein entfernter  Beobachter erkennen, wie die Gravitation das Raumschiff immer mehr in die Länge zieht und gleichzeitig zusammenquetscht. Dieser Vorgang würde für den Beobachter jedoch immer langsamer verlaufen und schließlich unendlich lange dauern, weil mit zunehmender Annäherung an das Loch die Zeit durch die unvorstellbare Gravitation immer weiter gedehnt wird, bis sie zum Schluß völlig stehen bleibt. Für den Beobachter wäre es so, als ob das Raumschiff niemals ankäme. Den Insassen des Raumschiffs würde es jedoch sehr schlecht ergehen. Denn sie werden durchdie ungeheuren Gezeitenkräfte zerrissen. Mit immer höherer Geschwindigkeit, zuletzt mit der des Lichts, werden sie in die Singularität gezogen.

 

Der Schwarzschildradius:

Bereits Karl Schwarzschild hatte berechnet, daß Sterne mit über 3 Sonnenmassen bei ihrem Schrumpfungsprozeß einen kritischen Radius unterschreiten können, an dem es für die Gravitation und damit die Verdichtung des Sterns kein Halten mehr gibt. Der Schwarzschild-Radius ist nur abhängig von der Masse eines Objektes und beträgt beispielsweise für die Sonne 2,95 km, für die Erde weniger als 1 cm und für einen Menschen gerade noch 10-23 cm. Diesen Radius bezeichnet man auch als Ereignishorizont, weil jedes hinter diesem Horizont stattfindende Ereignis einem außenstehenden Beobachter für ewig verborgen bleibt. Dieser kritische Grenzradius rs wird berechnet nach: rs= 2·G·M/c2, wobei G die Gravitationskonstante, M die Masse des Sterns und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Unterhalb dieser Grenze kann kein Signal das Loch verlassen, ein außenstehender Beobachter kann deshalb kein Ereignis mehr erkennen. Und auch die Zeit bleibt am Ereignishorizontes einfach stehen.

 

Nachweis:

Es stellt sich nun die Frage, wie kann man ein Objekt sehen, welches nicht zu sehen ist? Erinnern wir uns an dessen riesigen Gravitation, die ja immer noch “sichtbar” ist.  Das Schwarze Loch saugt jede Materie in seiner Umgebung an. Diese fällt dann jedoch nicht einfach geradlinig herunter, sondern wird auf ihrem Weg in die Singularität immer mehr beschleunigt und spiralförmig hinabgezwungen. Dadurch entsteht eine Scheibe stark beschleunigter Materie um das Loch, eine sogenannte Akkretionsscheibe. Die Materie wird dabei auf eine relativistische Geschwindigkeit beschleunigt, d.h. annähernd auf Lichtgeschwindigkeit. Durch die starke Reibung in der Akkretionsscheibe gibt die Materie bis zu 40% ihrer Ruheenergie in Form von energiereicher Röntgenstrahlung ab. Diese Röntgenstrahlung kann mit Hilfe von speziellen Röntgensatelliten nachgewiesen werden. 

 

Das Ende
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