Orange leuchtender Ring vor schwarzem Hintergrund

Schwarze Löcher

Schwarze Löcher gehören zum festen Inventar von Science-Fiction und sind doch sehr real. Sie bestehen nicht aus Materie und haben doch Masse. Daher ließen sie sich bis vor Kurzem auch nicht direkt beobachten, sondern nur über die Wirkung ihrer Schwerkraft auf die Umgebung: Sie krümmen Raum und Zeit und besitzen eine geradezu unwiderstehliche Anziehung. Die Idee hinter diesen exotischen Objekten ist über 230 Jahre alt und doch dauerte es, bis man ihnen entgültig auf die Schliche kam - mit maßgeblicher Beteiligung von Forscherinnen und Forschern der Max-Planck-Gesellschaft. 

Der Nachhall aus dem frühen, wilden Universum

Forschende messen mit Hilfe von Pulsar-Sternen Gravitationswellen aus der Frühzeit des Universums, die noch heute Raum und Zeit durcheinanderbringen mehr

Zwei gelb-rötlich leuchtende Ringe nebeneinander, wobei der linke an der linken Seite breiter ist als der rechte.

Radioteleskope des Event-Horizon-Teleskop beobachten erstmals Signal bei 0.87 Millimetern  mehr

Schwarzes Loch mit ungewöhnlicher Masse in Nachbarschaft entdeckt

Mit 8200 Sonnenmassen füllt das schwarze Loch die Evolutionslücke zwischen stellaren und supermassereichen schwarzen Löchern mehr

Mehr anzeigen
Schwarzes Loch mit ungewöhnlicher Masse in Nachbarschaft entdeckt

Mit 8200 Sonnenmassen füllt das schwarze Loch die Evolutionslücke zwischen stellaren und supermassereichen schwarzen Löchern mehr

Orange-braun-farbener Torus mit zwei weißen Strahlen und verschiedenen grauen Klumpen, die entlang seiner Symmetrieachse ins Schwarze reichen

Ein schwarzes Loch im frühen Universum wog trotz durchschnittlichem Appetit schon über eine Milliarde Sonnenmassen mehr

gelb-rot leuchtender verschwommener Ring mit spiralförmigem Streifenmuster vor schwarzem Hintergrund

Magnetfelder spiralen um das Massenmonster Sagittarius A* und formieren sich zum Neustart mehr

Mehr anzeigen
Tanz der schwarzen Löcher

Die aktiven Kerne von Galaxien gehören zu den stärksten Kraftwerken im Kosmos. Ein Team um Stefanie Komossa vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie hat ins Herz einer solchen Energieschleuder geblickt. mehr

Schwarze Löcher verschmelzen in der Fußgängerzone

Die Ausstellung „Universe on Tour“ bietet Gelegenheit zum Dialog über Astronomie mehr

Silke Britzen

Interview mit Silke Britzen vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie über ihre Faszination an der Astronomie und Chancen für Wissenschaftlerinnen mehr

Mehr anzeigen
Frühe Massemonster

Ein schwarzes Loch von unerklärlich hoher Masse stellt die Astronomie vor ein Rätsel: Wie konnte es so schnell so massereich werden? Unser neues Video mit den YouTuber DoktorWhatson erklärt es mehr

Existiert ein schwarzes Loch in der Sonne?

In einem Gedankenexperiment haben Forschende untersucht, wie es wäre, wenn die Sonne ein winziges schwarzes Loch in ihrem Zentrum hätte mehr

Reinhard Genzel im Gespräch mit Harald Lesch

Nobelpreisträger-Interview mit Reinhard Genzel (Nobelpreis für Physik 2020) und Harald Lesch Terra X Lesch & Co im Rahmen der Festversammlung der 72. Jahresversammlung der Max-Planck-Gesellschaft am 24.06.2021. mehr

Mehr anzeigen
Ein Blick ins Universum

Wie sind die Planeten in unserem Sonnensystem entstanden? Was sind eigentlich aktive Galaxienkerne? Und wie kann Astronomie Menschen näher zusammenbringen? In diesem Podcast sprechen Max-Planck-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler darüber, welche Fragen sie beschäftigen mehr

Anton Zensus

Anton Zensus vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn spricht über Sagittarius A*, das erste Bild aus dem Herzen unserer Milchstraße und was wir daraus lernen können mehr

Reinhard Genzel: Wie entdeckt man ein Schwarzes Loch?

Seit Jahrzehnten schon sind Reinhard Genzel und sein Team dem Massemonster in unserer Milchstraße auf der Spur. Mit hochpräzisen Methoden konnten sie unter anderem Helligkeitsausbrüche von Gas aus der unmittelbaren Umgebung des schwarzen Lochs und eine von ihm verursachte Gravitationsrotverschiebung im Licht eines vorbeiziehenden Sterns beobachten. Damit konnten sie indirekt den Nachweis für die Existenz des schwarzen Lochs führen. mehr

Mehr anzeigen

Was ist das, ein schwarzes Loch?

Die Masse eines Sterns, versammelt in einem Punkt. Ein Punkt unendlich hoher Dichte, eine Singularität. Eine gedachte Sphäre um diesen Punkt, von der aus ein Raumschiff der zentralen Anziehungskraft nur mit Lichtgeschwindigkeit entkommen könnte, mit anderen Worten: Der Ereignishorizont, an dem eigentlich nichts passiert, außer dass sogar Licht dahinter gefangen bleibt. Ansonsten ist es am Ereignishorizont recht ereignislos, man könnte ihn durchfliegen und würde dabei nirgends aufschlagen. All diese Definitionen sind korrekt, sie beschreiben ein schwarzes Loch. Seine Eigenschaften sind kurios und doch denkbar einfach. Es wird vollständig durch seine Masse und einen Drehimpuls beschrieben, in einer sehr allgemeinen Definition auch mit einer Ladung. Fun Fact: Würde man es schaffen, die Erde auf die Größe einer Kirsche zu quetschen, könnten keine der bekannten Kräfte den vollständigen Kollaps mehr aufhalten. Die Erde würde zu einem schwarzen Loch.

Ein schwarzes Loch von unerklärlich hoher Masse stellt die Astronomie vor ein Rätsel: Wie konnte es so schnell so massereich werden? Dieser Frage geht unser neuestes YouTube-Video nach

Erstaunlich normal

Ein schwarzes Loch von unerklärlich hoher Masse stellt die Astronomie vor ein Rätsel: Wie konnte es so schnell so massereich werden? Dieser Frage geht unser neuestes YouTube-Video nach
https://www.youtube.com/watch?v=gvaSsqP5xYE

Wer es etwas genauer wissen möchte: Schwarze Löcher krümmen die Raumzeit. Es ist, als würden sie tiefe Tröge in ein gedachtes Netz reißen, in dem Raum und Zeit miteinander verwoben sind. Einstein hat als Teil der Allgemeinen Relativitätstheorie Gleichungen entwickelt, die sogenannten Einsteinschen Feldgleichungen, die diese Raumzeit und ihre Krümmung beschreiben. Schwarze Löcher sind mathematische Lösungen dieser Gleichungen, genauso wie Wurmlöcher. Letztere wurden bisher aber weder beobachtet noch nachgewiesen und bleiben damit vorerst Science-Fiction.     

Schwarze Löcher – Fallen in der Raumzeit
Je nach Masse unterscheidet man vier Typen von schwarzen Löchern: Primordiale schwarze Löcher, stellare schwarze Löcher, supermassereiche und mittelschwere schwarze Löcher.  mehr
Schwarzes Loch in Omega Centauri
Mit 8200 Sonnenmassen füllt das schwarze Loch die Evolutionslücke zwischen stellaren und supermassereichen schwarzen Löchern mehr

Was für schwarze Löcher gibt es?

Es gibt schwarze Löcher mit sehr vielen verschiedenen Massen. Manche entstanden direkt nach dem Urknall und sind nur so groß wie ein Atom und doch so schwer wie ein Wolkenkratzer. Andere entstehen, wenn schwere Sterne, viel schwerer als unsere Sonne, am Ende ihres Lebens kollabieren. Die größten Schwerkraftfallen aber residieren in den Zentren von Galaxien und erreichen das Milliardenfache der Masse der Sonne. Wie sie so schwer werden können, ist immer noch eine offene Forschungsfrage. Schwarze Löcher können schnell an Masse zulegen, wenn kleinere Exemplare miteinander verschmelzen. In den Zentren aktiver Galaxien sorgt zudem ein ständiger Zustrom an Materie dafür, dass sie mit etwa einer Sonnenmasse pro Jahr kontinuierlich wachsen. Im Verlauf der 13.8 Milliarden Jahre langen Entwicklungszeit des Universums bis heute, ist vielerorts einiges zusammengekommen.

Wie weisen Forschende ein schwarzes Loch nach?

Schwarze Löcher zeichnen sich vor allem durch ihre ewige Dunkelheit aus und bleiben auf Fotos des Nachthimmels unerkannt. Sie interagieren mit ihrer Umgebung nur über die Gesetze der Schwerkraft. Umkreisen sich etwa zwei schwarze Löcher, senden sie dabei Wellen durch das Raum-Zeit-Kontinuum, die auch unter maßgeblicher Beteiligung der Max-Planck-Gesellschaft erst vor wenigen Jahren gemessen wurden. Die Daten der Gravitationswellendetektoren zeugen von einer Vielzahl schwarzer Löcher, die sonst unerkannt geblieben wären. 

Bisher enttarnten Astronominnen und Astronomen schwarze Löcher vor allem dann, wenn Materie sie umkreist und sich dabei aufheizt oder wenn Materie auf sie fällt. In beiden Fällen entsteht elektromagnetische Strahlung, also Licht, welche empfindliche Teleskope messen können. Auf diese Weise fand man nur ein Paar Hände voll kleiner schwarzer Löcher in unserer Milchstraße, die vom Tod massereicher Sterne herrühren. Es könnten aber noch viel mehr schwarze Löcher in der Milchstraße existieren, die sich Messinstrumenten bisher gänzlich entziehen. Auch primordiale schwarze Löcher fallen in diese Kategorie. Von ihnen geht keine Gefahr aus, denn sie befinden sich offenbar in ausreichender Entfernung zur Erde und sind, wenn es sie gibt, nicht schwerer als ein Mond oder ein Planet. Sie könnten dabei so zahlreich sein, dass manche Forschenden sogar versuchen mit ihnen die Dunkle Materie zu erklären.

Und wie gelang das erste Foto eines schwarzen Lochs?

Andrea Ghez von der University of California und Reinhard Genzel vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik beobachteten 2001, wie Sterne einen unsichtbaren Punkt im Zentrum der Milchstraße umkreisten wie Planeten einen Stern. Für diese Entdeckung eines supermassereichen kompakten Objekts im Zentrum unserer Heimatgalaxie erhielten beide im Jahr 2020 den Physik Nobelpreis.

Der Direkte Beweis, das erste Bild einer dieser kosmischen Schwerkraftfallen, gelang einem internationalen Team unter Beteiligung der Max-Planck-Gesellschaft erst im Jahr 2019. Eine einfache Kamera an einem Teleskop hätte nie die nötige Auflösung erreicht. Das Zauberwort heißt Interferometrie: Forschende vernetzten acht bodengebundene Radioteleskope aus der ganzen Welt zu einem virtuellen Teleskop mit der Größe der Erde. Dem Event Horizon Telescope gelang damit ein Foto des schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M87, die 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Genauer: Ein Foto von leuchtendem Gas, das das schwarze Loch wie ein Ring umgibt. Der Ring erscheint von der Erde aus nur so groß, wie ein Konzertscheinwerfer auf dem Mond. 

Wenig später, im Jahr 2022, „fotografierten“ Astronominnen und Astronomen schließlich das schwarzen Lochs im Zentrum unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße. Auf Grund von gehörigen Gasmengen zwischen dem Zentrum und der Erde, gestaltete sich die Datenanalyse hier schwerer als im Fall von M87. Auch wenn es mit „nur“ 27.000 Lichtjahren viel näher liegt als die Schwerkraftfalle im Zentrum von M87, erschien es für die Teleskope am Himmel ähnlich groß. Das liegt daran, dass es mehr als tausendmal kleiner und viel leichter ist. 

Das erste Bild eines schwarzen Lochs
Max-Planck-Forscher sind an der direkten Beobachtung der gewaltigen Schwerkraftfalle in der Galaxie Messier 87 beteiligt mehr
Das schwarze Loch der Milchstraße im Bild
Die Beobachtung mit dem Event Horizon Telescope verbessert unser Verständnis der Vorgänge im galaktischen Zentrum mehr
Zur Redakteursansicht