Frage von Emmalarley, 36

Was haben schwarze Löcher mit Galaxien zu tun?

Also, das Zentrum einer Galaxie ist ja ein schwarzes Loch. Also ist der Kern ein schwarzes Loch, aber dann würde das schwarze Loch doch alle Sterne im Kern einsaugen, aber die sind doch noch sichtbar? Und was haben schwarze Löcher und dunkle Materie mit der Galaxienentstehung zu tun?

Expertenantwort
von uteausmuenchen, Community-Experte für Astronomie & Physik, 9

Hallo Emmarley,

aber dann würde das schwarze Loch doch alle Sterne im Kern einsaugen, aber die sind doch noch sichtbar?

Schwarze Löcher sind keine Staubsauger. Alte Astronomen-Merkregel... =)

Wenn Du die Sonne jetzt und gleich durch ein massegleiches Schwarzes Loch ersetzt, dann ändert sich die Umlaufbahn der Erde gar nicht.

Und genau das gleiche gilt auch für das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße (oder für die SL in den Zentren anderer Galaxien): So lange die Sterne das SL umrunden und ihm nicht zu nahe kommen, sind sie sicher. - Und wir können sie sehr gut dabei beobachten. (Im IR- und Radiowellenbereich, weil das Zentrum der Milchstraße von uns aus gesehen hinter Dunkelwolken ist, die wir mit optischen Teleskopen nicht durchdringen können.)

http://www.mpe.mpg.de/~ste/data/naco3col.pdf

Wir können also die Sterne beobachten, die sich um das SL im Zentrum der Galaxie bewegen. Die Sterndichte ist dort erheblich höher als bei uns in den Außenbereichen der Galaxie. Der nächste Nachbar der Sonne - Proxima Centauri - ist etwa 4 Lichtjahre weit weg. Auf diese Entfernung kommen im Zentrum der Milchstraße mehrere Tausend Sterne.

Man beobachtet über mehrere Jahre die Bewegungen dieser zentrumsnahen Sterne und kann aus den Bewegungen berechnen, wie schwer die zentrale Masse sein muss, die sie anzieht - und wir groß sie maximal sein kann (kleiner als die beobachteten Bahnen). Daraus ergibt sich dann, dass es sich um ein SL mit 4 Millionen Sonnenmassen handeln muss. Das SL selbst ist - so lange nicht doch einmal Gas aus einer vorbeiziehenden Gaswolke hineinfällt - unsichtbar. Das ist nun mal eine wesentliche Eigenschaft von SL: Es kommt nichts mehr heraus, also auch keine Strahlung.

Und was haben schwarze Löcher und dunkle Materie mit der Galaxienentstehung zu tun?

Erst einmal vorsichtig: Du darfst Dunkle Materie und Schwarze Löcher nicht verwechseln. Das ist nicht dasselbe. Schwarze Löcher sind zwar wie die Dunkle Materie unsichtbar, mit dem Begriff "Dunkle Materie" ist aber etwas anderes gemeint.

Zunächst einmal gibt es in unserer Galaxie (und anderswo) natürlich unbeobachtbare Materie - also Materie, die wir in unseren Teleskopen nicht sehen können, egal, in welchem Wellenlängenbereich wir gucken. Da gehören die Schwarzen Löcher dazu. Aber auch erloschene Sterne wie ausgekühlte weiße Zwerge oder vagabundierende Planeten. Alle diese Objekte bestehen aber aus "ganz normaler Materie" - also dem Zeug wie Du und ich: aufgebaut aus Atomen und Molekülen, also den Elementen, die Du im Periodensystem findest. Auch Elementarteilchen wie die Neutrinos sind unbeobachtbar und tragen zur unsichtbaren Materie bei. Und auch sie sind normale Materie.

Wir wissen aber aus verschiedenen Beobachtungen, dass diese unbeobachtbaren Massen nicht ausreichen, um zu erklären, wie die Sterne sich in den Galaxien bewegen. Dafür braucht es mehr Masse. Sehr viel mehr Masse. Und zwar ebenfalls Masse, die nicht beobachtbar ist.

Wir wissen - wieder aus verschiedenen Beobachtungsdaten - dass diese Massen von einem anderen Materietyp stammen müssen: Eine Art von Materie, die mit Licht nicht wechselwirkt. Licht dringt durch diese Art von Materie ungehindert durch. Der Name "durchsichtige Materie" wäre eigentlich sehr viel passender als "Dunkle Materie". Aber den Namen hat das Zeug, von dem wir nicht genau wissen, was es ist, halt nun einmal bekommen.

Schwarze Löcher haben nichts mit Galaxienentstehung zu tun. Schwarze Löcher entstehen erst, wenn Sterne - sehr massereiche Sterne - in Supernova-Explosionen sterben. Wir wissen nicht genau, wie die extrem massereichen SL in den Zentren der Galaxien entstehen, aber sehr wahrscheinlich entstehen sie einfach, indem im Laufe der Jahrmilliarden eben doch ab und an einmal ein Stern in das SL hineinfällt. In den Zentren der Galaxien ist ja auch die Gasdichte höher, was zu gewissen Abbremseffekten führt. Auch die Schwerkraft der anderen Sterne kann dazu beitragen, dass sich ein Stern auf seinen Runden dem SL immer weiter nähert. Und wenn er zu nahe ist, zerreissen ihn die Gezeitenkräfte und sein Gas fällt allmählich weiter auf das SL zu und schließlich hinein. Ein supermassereiches SL braucht also eine ordentliche Sterndichte um sich herum, um sich überhaupt erst einmal über die Zeit so dick zu fressen. Es ist daher eher eine Folge der Galaxie als anders herum.

Dunkle Materie dürfte dagegen bei der Entstehung der ersten Galaxien eine wichtige Rolle gespielt haben. Weil sie durchlässig für elektromagnetische Wellen ist, konnte sie nach dem Urknall schneller "Klumpen" als es die normale Materie getan hat. Sehr wahrscheinlich haben die dadurch entstehenden Zentren mit höherer Schwerkraft dazu geführt, dass sich auch die normale Materie schneller dort eingefunden hat und es dort dann eben zur Bildung der Galaxien kam. Die beobachteten Zeitskalen zwischen Urknall und den ältesten Galaxien sind einer der vielen Beobachtungshinweise, die wir heute auf die Dunkle Materie haben. Die sind nämlich zu kurz, als dass es die sichtbare Materie allein in den beobachteten Zeitspannen geschafft hätte.

Grüße

Antwort
von kami1a, 1

Hallo Emma! Schwarze Löcher haben eine extreme Masse aber sie verhalten sich wie andere massen auch - physikalisch gesehen. 

Der Begriff "Schwarzes Loch" Ist etwas irreführend. Warum ist dieses Objekt schwarz? Nun, Du siehst ein Objekt auch im Weltall wie natürlich immer auch im normalen Leben weil die von ihm abgestrahlten Photonen Dein Auge erreichen. Ein Schwarzes Loch hat aber so viel Masse dass es die Photonen bindet - sie können Dein Auge nicht mehr erreichen. Keine Photonen = schwarz = unsichtbar.

Es ist also eher das Gegenteil von einem Loch - eine gigantische Masse aber wenn ich mir Deine Fragen anschaue glaube ich Du weißt das alles schon.

Ich finde es erstaunlich und gut wenn sich ein Mädchen so intensiv mit diesen Themen beschäftigt.

Ich wünsche Dir alles Gute.

Antwort
von grtgrt, 14

Ein Schwarzes Loch saugt nicht alles in sich hinein, sondern nur das, was ihm zu nahe kommt, genauer: was ihm so nahe kommt, dass sein Abstand zum Schwerpunkt des "Lochs" kleiner ist als dessen Schwarzschild-Radius:

Schwarze Löcher sind Himmelskörper, deren tatsächlicher Radius kleiner ist als ihr Schwarzschild-Radius. 

Unsere Erde etwa ist kein Schwarzes Loch, da ihr Schwarzschildradius nur etwa 1 cm groß ist (ihr tatsächlicher Radius aber etwa 6000 km beträgt).

http://greiterweb.de/zfo/SLoch.htm#msgnr0-192

Kommentar von Emmalarley ,

Wieso sieht man denn bei spiralgalaxien dann nur den Kern mit den vielen Sternen, aber nicht das schwarze Loch? 

Kommentar von grtgrt ,

Das Schwarze Loch ist nicht zu sehen, da es ja kein Licht aussendet. Wo es sich genau befindet, wird errechnet anhand der beobachteten Bahnen von Sternen, die ihm sehr nahe sind.

Kommentar von Emmalarley ,

und was hat das schwarze Loch mit der Entstehung von Galaxien zu tun? 

Kommentar von grtgrt ,

Kein Schwarzes Loch hat gar nichts mit der Entstehung der Galaxie zu tun, in derem Zentrum es liegt:

Eine Galaxie entsteht, wo sich zunehmend mehr Materie zusammenballt. Da Gravitation solche Materie-Ansammlungen immer mehr komprimiert, entsteht im Zentrum schließlich ein Schwarzes Loch.

Kommentar von grtgrt ,

Würde man in die Erde ein Loch bohren, welches genau auf den Ermittelpunkt (genauer: auf den Schwerpunkt der Erde) hin zielt, so würde man den Bohrer - sobald seine Spitze sich dem Erdmittelpunkt auf weniger als 1 cm genähert hat - nicht mehr herausziehen können.

Antwort
von Ankido, 19

1. Schwarze Löcher saugen nur die Sterne die in der Nähe von seiner Ereignishorizont rumfliegen, sonst ist seine Gravitationkraft zwar groß aber die saugt nicht. Die anderen Sterne rotieren um das schwarze Loch.

2. Dunkle Materie ist schon älter als Wasserstoff, sie konnte sich Massen bilden sodass die starke Gravitationsfelder bilden, sodass sie Materie anziehen und wiederrum Massen wie Galaxien aus dieser Materie (sauer-, Wasserstoff...etc.) bilden.

Kommentar von Emmalarley ,

Zieht denn das schwarze Loch die Sterne und das Gas an? 

Kommentar von Emmalarley ,

Und das Halo besteht ja aus dunkler Materie, drückt das die Galaxie dann auch zusammen?

Kommentar von Ankido ,

mehr als 60 % jeder Galaxie besteht aus Dunkler Materie . Sie ist verteilt in der gesamten Galaxie nicht in einem bestimmten Bereich , deswegen zieht sie die Galaxie nicht zusammen .

Kommentar von uteausmuenchen ,

mehr als 60 % jeder Galaxie besteht aus Dunkler Materie .

Na, jetzt übertreibst Du aber.

Antwort
von DrBronstein, 21

Sie sind mitten drin. Die Sterne kreisen mit Zentrifugalkraft um die Löcher.

Kommentar von Emmalarley ,

Sind sie auch für die Entstehung der Galaxie wichtig? Also ziehen sie das Gas und die Sterne an und halten sie sie zusammen? Und warum verschwinden die Sterne im Kern nicht im schwarzen Loch?

Antwort
von SturerEsel, 10

Das Objekt im Zentrum unserer Milchstraße (Sagittarius A) ist wahrscheinlich ein schwarzes Loch mit der Masse von 4 Millionen Sonnen. Es legt gerade eine "Fresspause" ein.

Dennoch wird es von vielen Sonnen auf elliptischen Bahnen umkreist, siehe hier:

Antwort
von Ysosy, 6

Entstehung einer Galaxie, siehe Video.

Schwarze Löcher können in einer Galaxie entstehen. Müssen aber nicht.

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