Wie entstehen Schwarze Löcher?

Schwarze Löcher entstehen, wenn massive Sterne am Ende ihres Lebens explodieren (Supernova). Bei dieser Explosion kollabiert der Kern des Sterns unter seiner eigenen Gravitation und bildet ein extrem dichtes Objekt, das Schwarze Loch genannt wird. Dieses Objekt hat eine so Starke Gravitation, dass nichts, nicht einmal Licht, aus ihm entkommen kann.

Am Besten vielleicht andersherum erklärt.

Materie will sich zusammenziehen. Daher fällt jeder Körper in sich zusammen bis zur Singularität. AUßER irgendetwas verhindert das (dieser AUßER ist natürlich der absolute Regelfall - nur im Extremfall gib es kein AUßER bzw. es ist das schwarze Loch)

In unserer direkten Umwelt besteht (quasi) alle Materie aus Atomen bzw. Molekülen. Außen um die Elektronenhüllen, die sich genug abstoßen (da ist noch mehr, aber vereinfachen wir das einmal). Solche Materie kann also nicht unendlich dicht werden, die Atome selbst haben ja ein "Volumen". Im Plasma der Sterne gibt es keine Atomhüllen mehr. Hier stoßen sich die positiven Kerne gegenseitig ab - nur in den tieferen, in denen Kernfusion möglich ist kommt es gelegentlich zu einem Zusammenstoß (und ja, auch hier sehr vereinfacht gesprochen)- Aber so kann Materie schon einmal dichter werden , als in 'unserer' Welt. Die Energie (die ja bei der Fusion 'entsteht' treibt das ja trotz Abstrahlung an) bewirkt, dass die Teilchen sich schnell bewegen und damit mehr Platz einnehmen (vergleichbar Luft in einem Luftballon). Wenn die Energie nicht ausreicht die Atomkerne auseinander zu halten würde das weiter kollabieren. Aber irgendwann kommt es durch das Pauliprinzip zu einer weiteren Grenze der weiteren Verdichtung: Gleiche Teilchen (zumindest die Teilchen aus denen unsere normale Materie besteht) können auf einem bestimmten kleinen Raumbereich nicht existieren. Das greift zuerst bei den Elektronen (hat gerade mit der geringen Masse zu tun, daher bewegen sie sich bei gleichem Impuls schneller als z.B. Protonen). Wenn die Elektronen sich nicht weiter verengen können (auch vereinfacht, gehe hier nicht einmal auf die höheren Energieniveaus ein), dann entsteht "entartetes Elektronengas". Und da die Protonen nicht alle in den Kern rutschen können (Ladung) bleibt der Körper stabil (das ist zum Verständnis der Physik von Roten Riesen und Braunen Riesen nötig).

Wenn der Stern keinen Brennstoff mehr hat um durch Hitze/Energie alles auseinanderzuhalten, fällt er zusammen bis diese sogenannte "Entartete Materie" entsteht. Dieser Entartungs(gegen)druck ist temperaturunabhängig. Der Körper ist daher ewig stabil. So einen Körper nennt man dann Weißer Riese - das Endstadium der allermeisten Sterne.

Wenn keine Energie produziert wird und die Masse extrem groß ist, reicht das auch nicht mehr aus. Dann kommt es dazu, dass die Elektronen und Protonen zu Neutronen verschmelzen - einmal angefangen dann im ganzen "Stern". Irgendwann besteht praktisch der ganze Stern aus Neutronen. Diese rücken noch weiter zusammen, aber irgendwann greift das Pauliprinzip auch bei Neutronen. Daher wird dieser Köper auch nicht zu einem schwarzen Loch: Die Neutronen können irgendwann nicht näher aneinanderrücken. So einen "Stern" nennt man dann "Neutronenstern" und wenn er schnell rotiert und durch das extrem starke Magnetfeld wie ein Leuchtturm wirkt (erkläre ich hier nicht genauer) dann nennt man das Pulsar.

Aber auch das ist nicht stabil, wenn das Streben zu einem Punkt zusammenzufallen zu groß wird. Wann ist das der Fall? Wenn die Masse noch größer ist. Irgendwann gibt es keine bekannte Kraft mehr, die das Streben der Materie zu einem Punkt zu konvergieren aufhalten kann und die Masse wird so zusammengezogen, dass der Raum sich so stark um das Objekt krümmt, dass nichts mehr vom Objekt entweichen kann, nicht mal Licht. Und das nennt man dann endlich schwarzes Loch.

Wann entstehen also schwarze Löcher? Wenn genug Masse dicht zusammenkommt, ohne dass dabei Energie entsteht, die das ganze wieder auseinander treibt (und so ein Gleichgewicht auf Zeit erreicht) und die stabilisierenden Strukturen und Prinzipien (Atome, Pauli, ...) das nicht mehr halten können bzw. "umgangen" werden können (Neutronen aus Protonen und Elektronen). Das ist dann der Fall, wenn ein Stern extreme Massen besitzt und (in einer Supernova) explodiert - das ist der Normalfall für die Entstehung (de Großteil der Masse bleibt im "Rest" der Supernova erhalten). Wobei die Masse auch erreicht werden kann, in dem z.B. ein Neutronenstern Masse von einem Begleitstern absaugt. Natürlich wäre das auch möglich, wenn z.B. 2 Neutronensterne zusammenstoßen, die zusammen eine Masse haben, die ausreicht ein schwarzes Loch zu erschaffen.

Wachsen können schwarze Löcher dann durch Aufnahme immer mehr Materie wie zum Beispiel beim supermassiven schwarzen Loch der Milchstraße. Aber wachsen war nicht Teil der Frage.

Massereiche sterne (wenn ich mich richtig erinnere waren es mindestens 8 Sonnenmassen) explodieren am Ende ihres Lebens. Das nennt man Supernova. Kurz darauf fällt der Stern zusammen, weil kein Strahlungsdruck mehr von innen existert, und die Gravitation zieht den gesamten Stern zu einem winzigen, aber dafür umso dichteren Punkt zusammen. Dieser Punkt ist dann so schwer und dicht, das seine Fluchtgeschwindigkeit höher als die Lichtgeschwindigkeit ist. Das bedeutet, dass nicht einmal Licht dem Loch entkommt, weshalb das Loch schwarz erscheint. schwarzes Loch.

durch eine Verdichtung von Masse kleiner als der Schwarzschild Radius, die Wege da hin sind verschieden, wenn ein ausreichend großer Stern kollabiert ist das eine davon.

Der Schwarzschild-Radius rs​ beschreibt den Radius, den eine Masse haben müsste, wenn sie als Schwarzes Loch zusammenfallen würde

Würde man die ganze Erde auf ca. 9mm zusammenpressen, wäre sie ein Schwarzes loch.

​mfe

Bei den Quasaren weiss man das noch nicht so genau. Jede Galaxie hat ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum, um das die Sterne kreisen wie im Sonnenssystem die Planeten. Aber es sind Sterne, die Kreisen.