Eine leuchtende Scheibe hat eine dunkle Kugel in der Mitte.

Vom „Dunklen Körper“ zum Schwarzen Loch – eine historische Spurensuche

Es gibt dunkle Himmelskörper mit einer so großen Masse, dass ihre enorme Gravitation alles in ihrer Nähe quasi „aufsaugt“ – selbst inmitten unserer Galaxis sind sie zu finden! Doch was genau sind diese sogenannten Schwarzen Löcher, denen nicht einmal Lichtstrahlen entkommen können? Wie ist man ihrer Existenz zum ersten Mal auf die Spur gekommen?

Schwarze Löcher sind astronomische Objekte, deren Masse in einem sehr kleinen Volumen komprimiert ist, die also eine extrem hohe Dichte besitzen. Die Dichte von Schwarzen Löchern entspricht im Vergleich dem Zusammenschrumpfen der Sonne von aktuell 1,4 Millionen Kilometern im Durchmesser auf nur noch 6 Kilometer – ohne dass sich die Masse ändern würde!

Ein Sternenhimmel-Hintergrund erscheint stark verzerrt, in der Mitte des Bildes ist eine kreisrunde, schwarze Lücke.
Simulation eines Schwarzen Lochs vor der Milchstraße

Solche unvorstellbaren Objekte gibt es tatsächlich im Weltall, und die Kräfte, die von ihnen ausgehen, hängen mit dem berühmten Gravitationsgesetz von Isaac Newton zusammen. In einer einfachen Umschreibung besagt das Gesetz, dass sich alle Objekte gegenseitig anziehen, und zwar umso stärker, je größer ihre Masse ist, aber auch umso schwächer, je weiter sie voneinander entfernt sind. Mit diesem Prinzip lassen sich nun auch Schwarze Löcher beschreiben: Ihre Masse ist so groß, dass ihre Anziehungskraft selbst über größere Entfernungen enorm stark ist. Materie in der Nähe wird so quasi „angesaugt“. Selbst auf das Licht, dessen Photonen-Teilchen eigentlich masselos sind, wirken sich Schwarze Löcher aus: Von ihrer Oberfläche kann kein Licht entkommen, sodass sie völlig dunkel erscheinen.

Erste Überlegungen zu solchen „lichtschluckenden“ Himmelskörpern gab es bereits im 18. Jahrhundert. Damals diskutierten Wissenschaftler – ganz ohne sich auf aussagekräftige Beobachtungen stützen zu können – dass es Objekte geben müsse, deren Masse so groß ist, dass sie die umgebende Materie und selbst das Licht gewissermaßen einfangen. Der Physiker John Michell spekulierte bereits um 1780 über Objekte, die Schwarzen Löchern ähnlich wären, und nur wenige Jahre später widmete sich Pierre Simon Laplace dem Thema. Beide Wissenschaftler bezogen sich auf Newtons Beschreibung der Gravitation, und Laplace nannte seine spekulativen Objektive „corps obscur“, also „dunkler Körper“.

Ein schwarz-weißes Foto von einem lächelnden, älteren Herrn mit schütterem Haar und Schnauzbart, der einen Anzug mit Weste trägt und ein Stück Kreide in der Hand hält, während er vor einer Tafel steht, auf der geometrische Formen eingezeichnet sind.
Albert Einstein

Gut hundert Jahre später, zu Anfang des 20. Jahrhunderts, entwickelte Albert Einstein die Relativitätstheorie und legte damit den Grundstein zur theoretischen Beschreibung Schwarzer Löcher. In einer geschichtsträchtigen Publikation aus dem Jahr 1915 stellte Einstein das Konzept der sogenannten Raumzeit vor, das die Vorstellung über den Haufen warf, dass Zeit und Raum zwei voneinander getrennte Größen seien. Auf diesem theoretischen Fundament aufbauend konnten Physiker letztendlich schließen, dass ein massereicher Stern, der am Ende seines Lebens kollabiert, zu einem Objekt wird, das die Raumzeit extrem verzerrt. Diese Verzerrung führt zu seltsam anmutenden Effekten, unter anderem dazu, dass die Uhren in der Nähe eines schwarzen Loches anders ticken und die Zeit nicht „einheitlich fließt“, wie es sich Newton noch im ganzen Universum vorgestellt hatte. Dieser Effekt der sogenannten Zeitdilatation wurde in den 60er-Jahren des 20. Jahrhunderts von Mathematikern, allen voran Roy Kerr, im Zusammenhang mit Schwarzen Löchern genauer untersucht.

Obwohl Schwarze Löcher bislang nicht direkt nachgewiesen werden konnten, ist seit 1971 allgemein akzeptiert, dass es solche dunklen Objekte mit enormer Dichte in unserer Galaxis gibt: Das Verhalten eines bestimmten Doppelsternsystems lässt sich nur mit dem Vohandensein eines Schwarzen Lochs erklären, das auf den Namen Cygnus X-1 getauft wurde.

Ein schwarz-weißes Foto eines lächelnden Mannes mit großer Brille in einem Rollstuhl vor einem Schreibtisch mit einem Computer und Unterlagen.
Stephen Hawking in den 80er-Jahren

Nur drei Jahre später stelle Stephen Hawking seine überraschende Theorie der sogenannten Hawking-Strahlung vor. Hawking erkannte durch theoretische Überlegungen, dass ein Schwarzes Loch entgegen der vorherigen Erwartung doch etwas aussendet – eben die Hawking-Strahlung – und dass dies in letzter Konsequenz bedeutet, dass Schwarze Löcher mit der Zeit an Masse verlieren und „zerstrahlen“.

Ein einfarbiger, dunkler Hintergrund, vor dem einziger, heller, farbiger Punkt am unteren Bildrand heraussticht.
Röntgenaufnahme von Cygnus X-1

Heute, im 21. Jahrhundert, ist die Forschung zu Schwarzen Löchern weiterhin in vollem Gang: 2002 konnten Physiker erstmals Gleichungen lösen, die das Wachstum unserer dunklen Himmelsobjekte beschreiben. Albert Einstein legte mit der Allgemeinen Relativitätstheorie zwar die fundamentalen Grundlagen für solche Forschung, doch weiterhin sind viele Fragen offen. Und auch, wenn wir heute schon viel über Schwarze Löcher und unseren Makrokosmos wissen, bleibt die Astronomie ein spannendes Thema. Könnte die Singularität eines Schwarzen Loches etwa die Möglichkeit beinhalten, durch Raum und Zeit zu reisen, wie manchmal spekuliert wird? In der Forschung ist man mit Eifer dabei diesen Fragen auf den Grund zu gehen, und das wissenschaftliche Kapitel über Schwarze Löcher ist noch weit davon entfernt, abgeschlossen zu sein!