Wie entstehen Schwarze Löcher aus Sternen?

Wenn einem Stern von über etwa 20 Sonnenmassen der Brennstoff ausgeht, kollabiert sein Kern. Übersteigt der verbleibende Kern etwa 2,3 Sonnenmassen, kann kein bekannter Druck den Kollaps aufhalten, und es entsteht ein Schwarzes Loch, meist begleitet von einer Supernova.

Was ist der Ereignishorizont?

Der Ereignishorizont ist die Grenze, an der die Fluchtgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit ist. Innerhalb führt jeder mögliche Weg tiefer hinein, sodass nichts — auch kein Licht — wieder hinausgelangt.

Warum sieht ein Schwarzes Loch wie ein Lichtring aus?

Die Schwerkraft krümmt das Licht um es herum. Strahlung der dahinterliegenden Akkretionsscheibe wird über den Schatten gebeugt, und Licht, das auf der Photonensphäre umläuft, bildet einen dünnen hellen Ring beim etwa 2,6-fachen Horizontradius.

Was ist ein Stellares Schwarzes Loch?

Q: Was ist ein stellares Schwarzes Loch?

Es ist ein Schwarzes Loch, das durch den Gravitationskollaps eines massereichen Sterns entstanden ist, typischerweise zwischen 3 und 150 Sonnenmassen. Sein Ereignishorizont misst nur Dutzende Kilometer.

Ein stellares Schwarzes Loch ist das, was ein massereicher Stern wird, wenn sein Kern kollabiert und nichts mehr übrig ist, das ihn aufhält. Zwischen etwa 3 und 150 Sonnenmassen Material fallen in den eigenen Ereignishorizont — eine Fläche, von der nicht einmal Licht entkommt. In der Milchstraße gibt es davon vermutlich hundert Millionen.

Die Entstehung ist eine Niederlage des Widerstands. Der Entartungsdruck der Elektronen trägt einen Weißen Zwerg; Neutronenentartung und die starke Kraft tragen einen Neutronenstern. Jenseits von etwa 2,3 Sonnenmassen kollabierten Kerns gewinnt keine bekannte Kraft mehr, und das Material fällt unbegrenzt weiter nach innen. Was bleibt, ist in keinem brauchbaren Sinne mehr Materie, sondern Geometrie: eine Region der Raumzeit, so steil gekrümmt, dass jeder in die Zukunft weisende Weg nach innen führt.

Der Ereignishorizont ist keine Wand. Er ist die Grenze, an der die Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit erreicht, und liegt bei einem Schwarzen Loch von 10 Sonnenmassen etwa 30 Kilometer vom Zentrum entfernt. Lokal geschieht beim Überqueren nichts Besonderes; man verliert nur die Möglichkeit umzukehren. Außerhalb, beim 1,5-fachen Horizontradius, liegt die Photonensphäre, wo Licht umlaufen kann — deshalb zeigt das Modell einen hauchdünnen hellen Ring, der sich an den Schatten schmiegt.

Dieses Modell ist ein echter Raytrace, keine künstlerische Darstellung: Lichtwege werden durch die gekrümmte Raumzeit integriert, sodass die Akkretionsscheibe hinter dem Loch nach oben über den Schatten gebogen wird, Hintergrundsterne zu Einsteinringen verschmieren und die sich nähernde Seite der Scheibe durch relativistisches Doppler-Beaming aufgehellt wird. Cygnus X-1, 1964 entdeckt und Gegenstand einer berühmten Wette zwischen Stephen Hawking und Kip Thorne, war das erste Objekt, das breit als ein solches anerkannt wurde.