Wie schwer ist ein schwarzes Loch?
8 Antworten
Es gibt im Universum Schwarze Löcher von sehr unterschiedlicher Masse, was die Folge einer sehr unterschiedlichen Entstehung und Weiterentwicklung ist.
Ein möglicher Weg zur Entstehung eines Schwarzen Lochs ist der Kollaps eines sehr massereichen Sterns, nachdem dieser im Kern seinen Energievorrat verbraucht hat, d.h. dort die Kernfusion über mehrere Zwischenstadien bis zur Bildung von Eisen vorangekommen ist. Obwohl der Kollaps des Kerns sehr viel Energie freisetzt und damit zugleich eine gewaltige Explosion der äußeren Sternschichten (eine sogenannte Supernova) auslöst, kann der zurückbleibende Kern noch soviel Masse aufweisen, dass er weder in Gestalt eines sogenannten Weißen Zwerges noch eines Neutronensterns der Schwerkraft standhalten kann, sondern zu einem Schwarzen Loch zusammenfällt. Dazu muss nach der Supernova-Explosion eine Masse von zumindest etwa 2 1/2 Sonnenmassen übrigbleiben. Aufgrund der Entstehung als Sternüberrest werden solche Körper als stellare Schwarze Löcher bezeichnet. Der Kollaps des Kerns kommt dadurch zustande, dass mit dem Erliegen der Kernfusion dort die Temperatur und damit der Gas- und Strahlungsdruck abfallen und diese die Schwerkraft nicht mehr ausbalancieren können.
Ein völlig anderer Typus Schwarzer Löcher sind solche in den Zentren von Galaxien. Sie weisen typischerweise mehrere Millionen bis Milliarden Sonnenmassen auf und werden deshab supermassive Schwarze Löcher genannt. Ihre enormen Massen erhalten diese durch das Aufsammeln hineinstürzender Materie über einen langen Zeitraum, doch ihre genaue Entstehung ist noch ungeklärt.
Möglicherweise sind unmittelbar nach dem Urknall in Gebieten genügend hoher lokaler Dichte sehr massearme Schwarze Löcher entstanden, welche höchstens die Masse des Monds aufweisen. Als von Anfang an bei der Entstehung des Universums mitgelieferte Objekte werden sie primordiale Schwarze Löcher genannt.
Um die Entstehung der so unterschiedlichen Typen Schwarzer Löcher zu verstehen, muss man berücksichtigen, dass die zur Entstehung eines solchen Objekts erforderliche Dichte umgekehrt proportional zum Quadrat seiner Masse ist. Um eine Sonnenmasse in ein Schwarzes Loch zu verwandeln, muss man diese auf eine Dichte von etwa 18 000000 000000 000000 Kilogramm pro Kubikmeter komprimieren. Um ein Schwarzes Loch geringer Masse zu erzeugen, ist eine noch viel höhere Dichte erforderlich, wie sie nur unmittelbar nach dem Urknall aufgetreten sein kann. Umgekehrt ist z.B. für ein Schwarzes Loch von einer Milliarde Sonnenmassen nur eine Dichte von 18 Kilogramm pro Kubikmeter erforderlich, d.h. weniger als 1/50 der Dichte von Wasser!
Das stimmt, ich nehme als Bezugspunkt für die Dichte rho eines Schwarzen Loches das Volumen Vs des Ereignishorizonts, welches wiederum aus dem Schwarzschildradius Rs folgt. Die Proportionalität rho ~ 1 / M^2 folgt aus der Beziehung Rs = G M / c^2 (mit G und c gleich der Gravitationskonstante und der Lichtgeschwindigkeit sowie M gleich der Masse des Schwarzen Lochs).
Über die Dichte im Kern eines Schwarzen Loches will ich wirklich keine Aussage machen. Aus rho ~ 1 / M^2 kann man aber sicher schlussfolgern, dass die Dichte einer Materieansammlung, mit der sie unrettbar zu einem Schwarzen Loch kollabiert, umso geringer ist, je größer ihre Masse ist.
Theoretisch können schwarze Löcher eine beliebige Masse haben.
Praktisch sind allerdings nur zwei Typen bekannt.
Stellare schwarze Löcher mit einer Masse von 3 bis 20 Sonnenmassen als Ergebnis eines Sternkollaps.
Und
Supermassive schwere Löcher in den Zentren der meisten Galaxien mit einer Masse von Millionen bis mehreren Milliarden Sonnenmassen.
Theoretisch ist jedes beliebige Gewicht möglich. Ein schwarzes Loch entsteht nicht durch eine bestimmte Menge an Materie, sondern durch eine bestimmte Dichte, die durch den sogenannten "Schwarzschild-Radius" definiert ist.
schwarze Löcher sind unterschiedlich groß, daher solltest du dich auf ein ganz Bestimmtes beziehen. Ob man das überhaupt weiss, wage ich zu bezweifeln.
Die Masse eines Schwarzen Lochs ist wohl definiert und natürlich auch leicht zu messen: F=G·m·M/r², die Gravitationskraft kann ich z.B. mit einer Federwaage bestimmen, und wenn ich z.B. 6300 km vom Schwarzen Loch entfernt bin und messe, daß ein Kilogramm Materie eine Gravitationskraft von 10 N spürt, dann weiß ich, daß das Schwarze Loch gerade eine Erdmasse hat.
Das Schwarze Loch ist übrigens genauso schwer wie alle Materie, die seit seiner Bildung hineingefallen ist. Deshalb werden die Dinger ja auch immer schwerer, weil sie nämlich alles, was ihnen zu nahe kommt, verschlucken (andererseits ist im Weltall meistens nicht viel, was man verschlucken könnte).
Moment...
Du meinst mit der greingen Dichte supermassiver SL offenbar die Dichte bezogen auf das scheinbare Volumen des Ereignishorizontes eines SL?
Das ist aber nur unser Beobachtungshorizont und hat mit der Dichte im Kern eines SL nichts zu tun. Wie jener Kern aussehen mag ist zwar nichtmal ansatzweise erforscht, aber daß er bei einem supermassiven eine geringere Dichte als bei einem stellaren SL aufweist halte ich für eine gewagte Spekulation.