Wie findet man ein schwarzes Loch?

0:00 [Musik] Herzlich willkommen zu einer neuen Folge von Abgespaced. Ich bin Christin von der Stiftung Planetarium Berlin und reise mit euch gemeinsam durchs Weltall. Dabei werde ich auch heute wieder begleitet. Stellt euch doch einmal vor. Ich bin Kai und ich bin 13 Jahre alt. Ich bin Mia und ich bin 10 Jahre alt.

0:27 Ich bin Alexandra und ich bin 12 Jahre alt. Ich bin Veit und ich bin 8 Jahre alt. Wir werden heute zusammen etwas erkunden, das zu den größten Geheimnissen des Weltalls gehört. Und die Wissenschaft immer noch vor ein großes, mysteriöses Rätsel stellt. Rätsel wird geladen. Spacey, unser super schlauer Intelligenzroboter, ist auch wieder mit dabei.

0:49 Und sie hat anscheinend die Rätsel-App geladen. Ich bin ein Strudel, der alles verschlingt. Mach Materie zur Nudel, bevor sie versinkt. Im Falle des Falles schlucke ich alles. Sogar das Licht. Doch die Nacht bin ich nicht. Was bin ich? Ein schwarzes Loch. Was für ein cooles Weltraum-Rätsel, Spacey. Aber was hat das schwarze Loch denn mit einer Nudel zu tun?

1:19 Weltraumforscher denken, dass wenn man in ein schwarzes Loch hineinfällt, es vielleicht immer enger wird und in die Länge gezogen wird. Vielleicht denken die Forscher, dass das Lieblingsessen von dem schwarzen Loch Spaghetti ist. Vor allem bei kleinen schwarzen Löchern ist es so, dass wenn man ihnen zu nahe kommt, die Anziehungskraft viel höher an den Füßen ist als am Kopf.

1:42 Und dadurch wird man in die Länge gezogen, was halt irgendwann aussieht wie Spaghetti. Die Anziehungskraft eines schwarzen Loches ist so groß, dass es Objekte verformt, die in seine Nähe geraten. Sie werden immer schneller und wie Fäden auseinandergezogen. Dieses Phänomen heißt Spaghettisierung. Oder auch Nudel-Effekt.

2:04 Das klingt unheimlich. Wir sind ja heute in der Archenholz-Sternwarte in Berlin und haben hier ein Modell eines schwarzen Lochs. Sieht aus wie ein großer schwarzer Trichter. In meiner Hand habe ich jetzt eine Kugel. Und jetzt stellt euch mal vor, dass diese Kugel ein Raumschiff wäre, das wir jetzt mal in Richtung des schwarzen Lochs steuern.

2:34 Also ich habe gesehen, dass das Raumschiff in immer kleiner werdenden Kreisen um das schwarze Loch gekreist ist und dabei auch immer schneller wurde, bis es irgendwann eingesaugt wurde. Wie beim Staubsauger. Wenn ein Raumschiff zu nah an ein schwarzes Loch kommt, rotiert es immer schneller, bis es den Ereignishorizont überschreitet.

2:53 Dieser bildet die äußere Grenze des schwarzen Lochs. Ist er überschritten, gibt es kein Zurück. Denn die Schwerkraft ist so stark, dass nichts entkommen kann. Wie ihr schon gesagt habt, wird es einfach eingesaugt. Und dann? Was passiert dann wohl im schwarzen Loch? Vielleicht können da auch andere Sachen sein, obwohl das unwahrscheinlich ist, weil es im schwarzen Loch ja schwarz und dann kann unser Auge ja auch kein Licht mehr entfangen und man kann nichts sehen.

3:21 Ich könnte mir vorstellen, dass dort hinter wie ein Abstellraum ist, wo dann alles das Schrott und so, was da reingelangt, dann durchschwebt. Ich glaube, generell würde man gar nichts sehen, weil es halt schwarz ist und das es vielleicht auch unendlich ist. Da ja die Materie immer weiter beschleunigt, vermute ich, dass sie sich in einem unendlich kleinen zentralen Punkt sammelt, wo alle Materie liegt, die das schwarze Loch jemals eingesäugt hat.

3:50 Nach Überschreiten des Ereignishorizons wird die Materie wahrscheinlich mit riesenhafter Kraft zusammengepresst. Die Forschung vermutet deshalb im Zentrum des schwarzen Lochs einen Punkt mit unendlich hoher Dichte. Er wird Singularität genannt. Das ist irgendwie alles ganz schön schwer vorstellbar. Aber wie entstehen schwarze Löcher überhaupt?

4:13 Wenn tote Sterne explodieren, dann drehen sie sich sehr schnell um sich selber und immer schneller und saugen so viel Masse auf, dass sie sich in ein schwarzes Loch verwandeln. Wir haben ja bereits gelernt, dass es in einem schwarzen Loch eine Singularität gibt und deswegen vermute ich auch, dass es durch Supernovae entsteht, dass die Masse des Sterns immer weiter zusammengepresst wird, zumindest der Kern, bis es zu einem schwarzen Loch kalabiert.

4:40 Das ist richtig. Alle Sterne leuchten, weil sie Wasserstoff verbrennen. Ist der Wasserstoff im Inneren fast aufgebraucht, bläht sich der Stern auf und wird zu einem roten Riesen. Kleinere Sterne wie unsere Sonne werden danach immer schwächer und enden als weiße Zwerge. Große Sterne, die mindestens achtmal schwerer sind als die Sonne, werden zu roten Überriesen, die ihr Leben mit einer unbeschreiblichen Explosion beenden.

5:09 Dabei werden sie heller als eine Million Sonnen. Von der Explosion bleibt nur ein sonderbares Sternenwrack übrig, ein Neutronenstern. Hier ist die Masse so dicht und eng gepresst, als würde man die ganze Stadt Berlin in einen Fingerhut quetschen. Es geht aber noch schlimmer. Ist der rote Überriese schwerer als 25 Sonnen, so bleibt nach der Explosion nur noch ein Punkt übrig. Wir sprechen da von einer Singularität.

5:39 Aber in dieser Singularität steckt die ganze Anziehungskraft von 25 Sonnen. Ihr kann niemand entkommen. Selbst Licht wird hier festgehalten. Alles, was hineingezogen wird, ist für immer verschwunden. Auch das Licht. Das heißt, dass ein schwarzes Loch selbst unsichtbar ist, oder? Absolut unsichtbar. Wenn wir schwarze Löcher nicht sehen können, wie können wir sie denn dann überhaupt finden und ihre Existenz nachweisen?

6:08 Mit vielleicht ganz, ganz, ganz speziellen Teleskopen, die sowas auch sehen können oder vielleicht auch aus dem Raumschiff irgendwie. Bei sehr massereichen und aktiven schwarzen Löchern kann man das sehen, dass Materie leuchend hell um sie rumkreist, dadurch kann man die ganz gut sehen. Aber bei kleineren, nicht so aktiven, kann man das an Sterns sehen, die um scheinbar gar nichts kreisen, was dann vermutlich schwarze Löcher sind.

6:34 Ich glaube, Spacey muss uns helfen. Spacey, bitte starte doch mal eine Suche in deiner Zeitreise-App und finde die erste Entdeckung eines schwarzen Lochs. "Einen Augenblick bitte. Ich starte die Zeitreise-App. Zeitreise-App ist bereit." "Sternwarte Hurstman Sue, England 1971" "Danke für die Organisation der Sternenacht, Mr. Mördin. Es war ein Vergnügen, dass Sie uns einen Blick durch das Isaac Newton Teleskop ermöglicht haben. Wirklich. Danke für die Organisation unserer Sternenacht."

7:18 "Gern geschehen. Schön, dass Ihre Beobachtungen erfolgreich waren." "Ja, die Sicht war heute wirklich fantastisch. Und Sie? Endlich Feierabend?" "Nein, auf gar keinen Fall. Meine Kollegin Louise Webster ist schon unterwegs. Wenn das Teleskop in der Nacht frei ist, arbeiten wir weiter an unserer aktuellen Forschungsarbeit."

7:35 "Ah, verstehe. Naja, Sie sind ja auch noch jung und müssen sich als Astronomen ja auch noch einen Namen machen. Woran arbeiten Sie denn?" "Wir untersuchen gerade die Daten des ersten Röntgensatelliten Uhuru. Er hat den Himmel systematisch erfasst und nun hat die Forschung zum ersten Mal eine Übersicht über starke Röntgenquellen im Universum."

7:54 "Ah, das ist ja interessant. Und ich dachte eigentlich Röntgenstrahlen gibt's nur beim Doktor." "Röntgenstrahlen können durch medizinische Geräte erzeugt werden. Aber sie entstehen auch im Weltall. Durch extrem energiereiche Ereignisse. Zum Beispiel bei Kollisionen von Galaxien, Supernoven, Gammablitzen oder Neutronensternen."

8:14 "Faszinierend. Haben Sie denn schon ein besonderes Objekt im Auge?" "Ja. Im Sternbild Schwan gibt es eine sehr starke Röntgenquelle namens Cygnus X1. Das X steht für X-Rays, also Röntgenstrahlung. Wir beobachten sie seit einiger Zeit genauer und haben dabei einen ungewöhnlichen Stern entdeckt." "Sein Name ist HDE 226868. Ein blauer Überriese. Viel größer als unsere Sonne. Mit 200.000 facher Leuchtkraft. Trotzdem kann er nicht die Quelle unserer Röntgenstrahlen sein. Dafür ist er nicht heiß genug."

8:49 "Dann stellt sich doch die Frage, wodurch die Röntgenstrahlung erzeugt wird." "Wir hoffen, dass uns dieser Riesenstern mehr Hinweise darauf liefert. Ah, da kommt meine Kollegin, Louise Webster." "Hallo. Hattet ihr eine beobachtungsreiche Sternennacht?" "Oh ja. Und jetzt wird's noch spannender. Ihr Kollege Mr. Merton berichtete mir gerade von diesem blau leuchtenden Riesenstern und der Röntgenstrahlung in seinem Bereich."

9:24 "Das Spektrometer zerlegt das Licht in seine Farben. Wenn der Stern sich bewegt, verschieben sich diese Farben. So kann ich herausfinden, wie schnell der Stern sich bewegt und ob er von einem anderen Objekt beeinflusst wird." "Oh, schon kurz vor Mitternacht. Ich muss los. Ich wünsche Ihnen beiden aber noch viel Erfolg bei Ihrer Arbeit."

9:42 "Endlich können wir loslegen." "Ja, endlich. Paul, ich habe bei der Analyse der letzten Daten etwas ausgerechnet, das dich brennend interessieren wird. Schau mal, unser blauer Riesenstern, HDE 226868, bewegt sich sehr schnell. Er wird anscheinend von einem unsichtbaren Objekt stark beeinflusst." "Das klingt nach einem Röntgen-Doppelstern."

10:05 "Das würde ich auch sagen. Doppelsterne umkreisen einander um einen gemeinsamen Schwerpunkt. Das scheint hier auch der Fall zu sein." "Wie lange dauert ein Umlauf?" "Die Messungen haben 5,6 Tage ergeben." "Ist das schnell. Dann muss das unsichtbare Objekt eine unglaublich hohe Gravitationskraft haben. Ein gigantischer Neutronenstern?"

10:26 "Das kann ich mir nicht vorstellen. Dann hätten unsere Radioteleskope ihn erfasst, aber da ist einfach nichts." "Es kann, theoretisch, nur einen Kandidaten im All geben, der so schwer und dunkel ist." "Ja, Cygnus X1 ist ein schwarzes Loch." "Hältst du das wirklich für möglich, Louise?" "Ja, und das wäre auch die Erklärung für die Entstehung der Röntgenstrahlung."

10:48 "Du meinst, das schwarze Loch saugt durch seine enorme Anziehungskraft Materie aus einem Begleitstern wie ein monströser Staubsauger?" "Und dabei heizt sich die Materie durch Reibung bis zur Weißglut auf und so entsteht die Röntgenstrahlung." "Genial. Louise, aus einer Theorie ist Realität geworden. Unsere Entdeckung könnte wirklich ein schwarzes Loch sein."

11:11 "Ich wette, nun bekommst du auch endlich eine Festanstellung wie ich und darfst die Organisation der Sternennächte jemand anderem überlassen." Das war eine Zeitreise in das Jahr 1971, als das Forschungsteam Paul Merton und Louise Webster zum ersten Mal bewiesen haben, dass es sich bei der Röntgenquelle Cygnus X1 im Sternbild Schwan wirklich um ein schwarzes Loch handeln könnte.

11:41 Darüber sprechen wir jetzt mit Dr. Felix Lüning von der Stiftung Planetarium Berlin. Hat denn der Astronom Paul Merton wirklich eine Festanstellung bekommen? "Ja, hat er. Er hat später an verschiedenen Instituten gearbeitet, unter anderem in Australien und ist später wieder nach England zurückgekommen."

11:57 Was war Cygnus X1, bevor es ein schwarzes Loch wurde? "Der Stern formte mit seinem Begleiter ein Doppelsternsystem, das heißt, die liefen umeinander. Bloß der Cygnus X1 war ein Überriesenstern, mehr als 25 Sonnenmassen, war also sehr schnell mit seinem Leben am Ende. Am Ende wurde der Kern in diesem Stern instabil, die Schwerkraft hat ihn in Sekundenbruchteilen zu einer punktförmigen Masse zusammengestampft und die äußeren Atmosphärenschichten sind in einer riesigen Explosion ins Weltall abgeblasen worden."

12:29 Was wird denn aus dem Begleitstern? "Dazu können wir uns ja mal ein Bild angucken." "Das, was wir hier auf dem Bild sehen, hat sich der Künstler letztlich nur eingebildet. Wir würden es gar nicht wahrnehmen können, weil die Strahlung so intensiv ist, höchstens den blauen Begleitstern würden wir erkennen."

12:45 "Also auf dem Bild sieht man den blauen Riesen, der neben dem Schwarzen Loch kreist." "Wir sehen, dass das Schwarze Loch Materie von dem Begleitstern klaut und es in einer Scheibe um das Schwarze Loch kreist." "Ihr habt es schon sehr richtig beschrieben. Wir haben auf der einen Seite diesen Begleitstern und das Schwarze Loch kann also aus seinen äußeren Atmosphärenschichten Gas absaugen.

13:10 Das wird in Richtung Schwarzes Loch gezogen und beginnt dann sehr rasch, um das Schwarze Loch herumzukreisen, je näher dran, umso schneller. Große Geschwindigkeit ist in der Physik gleichbedeutend mit großer Energie. Das heißt, in der Nähe des Schwarzen Lochs ist die Energie so groß, dass die Materie anfängt, im Röntgen dicht zu leuchten.

13:29 Es dauert noch etwa 1,2 Millionen Jahre, dann ist der Begleitstern im Schwarzen Loch verschwunden." "An den Polen des Schwarzen Lochs kommen auch zwei Strahlen raus." "Das nennt man ein Jet, also einen Strahl. Der Schwarze Loch rotiert sehr rasch und bildet so eine Art riesen Dynamo, hat also ein wahnsinniges Magnetfeld auch.

13:49 Und an den Polen dieses Magnetfeldes kann tatsächlich Materie rausgeschossen werden." "Wie viele Schwarze Löcher gibt es eigentlich und wie wurden sie gefunden?" "Also gezählt haben wir sie noch nicht. Ich gehe mal davon aus, dass wir mindestens 5000 Schwarze Löcher in der Milchstraße haben. Das kann sich noch ändern. Viele sind ja auch noch gar nicht gefunden worden. Ja, und wie findet man die jetzt? Die kann man ja gar nicht sehen.

14:10 Es gibt auch singuläre Schwarze Löcher, Einzelgänger, aber sie verraten sich immer nur dann, wenn sie ein Doppelsternsystem wahren, weil sie dann nämlich ihren Begleiter auffressen. Dann erst fällt ja wirklich Materie in ein Schwarzes Loch. Die wird so beschleunigt, dass sie Röntgenstrahlung aussendet.

14:26 Und erst durch die Röntgenstrahlung können wir sicher sein, dass das ein Schwarzes Loch sein muss." "Was ist da eigentlich hinter einem Schwarzen Loch?" "Es gibt Vermutungen, dass Schwarze Löcher den Übergang zu einem anderen Universum bieten. Aber bewiesen ist das nicht. Denn prinzipiell können wir nicht in ein Schwarzes Loch rein und wir können da vor allen Dingen auch nicht wieder raus und wir können vor allen Dingen nicht erzählen, was da drin passiert."

14:48 "Es gibt ja bereits Fotos von Schwarzen Löchern, aber wie konnte das machen, wenn sie eigentlich unsichtbar sind?" "Das Bild ist nicht mit der Kamera gemacht worden, sondern mit Radioteleskopen. Man hat weltweit die größten Radioteleskope zusammengeschaltet, Daten gesammelt. Und am Ende hat man diese Daten in einen Computer gefüttert und man sagt, in diesem kleinen Pixel haben wir so und so viel Strahlung, im nächsten Pixel ein bisschen mehr, im nächsten Pixel noch ein bisschen mehr.

15:15 Und dann rechnet er das um und sagt, je mehr Strahlung, umso weißer mache ich das, je weniger Strahlung, umso röter mache ich das und wenn gar nichts da ist, mache ich den Hintergrund schwarz." "Ein Schwarzes Loch saugt ja auch alles ein, was in die Quere kommt. Kann es dann das ganze Weltall verschlucken?"

15:31 "Ganz so ist es nicht. Ein Schwarzes Loch kann eine ganze Menge verdauen, aber das ganze Universum kann es nicht fressen. Dazu sind die Abstände einfach zu riesig." "Was ist, wenn sich die Schwarze Löcher zu nahe kommen und sich das eine dann das andere schnappt? Würde das gehen?" "Das würde gehen. Die Kollisionen von Schwarzen Löchern passieren dann, wenn aus einem Doppelsternsystem zwei Schwarze Löcher geworden sind, die sich dann zu nahe kommen und miteinander verschmelzen."

15:57 "Was passiert denn eigentlich, wenn sich das Schwarze Loch wieder beruhigt hat? Kann da draußen denn wieder ein Stern oder eine Galaxie entstehen?" "Es gibt Theorien, nach denen sich Schwarze Löcher tatsächlich auflösen könnten, aber das ist wenn überhaupt ein ganz ganz langer Prozess und nachgewiesen ist da auch noch nicht."

16:17 "Also ihr merkt schon, Schwarze Löcher gehören zu den ganz faszinierenden Objekten und zu den rätselhaftesten." "Sie sind von außen hin relativ gut erforscht, aber von innen wissen wir noch gar nichts und wer weiß, vielleicht sitzt der nächste Nobelpastriker hier schon neben mir." "Das war aber heute eine große Portion Weltallwissen über Schwarze Löcher. Mit auf astronomischer Erkundungstour waren heute Mia, Veit, Alexandra und Kai. Und was habt ihr heute Neues gelernt?"

16:46 "Dass viele Schwarze Löcher sehr lange brauchen, um einen Blick gleich hin aufzufressen." "Ich habe heute gelernt, dass man die Aggressionsscheiben von Schwarzen Löchern eigentlich gar nicht sehen kann, dass sie nur aus Röntgenstrahlen bestehen." "Ich habe heute gelernt, wie Schwarze Löcher entstanden sind." "Ich habe heute gelernt, dass ein Schwarzes Loch ein anderes fressen kann."

17:05 Danke an Doktor Felix Lüning von der Stiftung Planetarium Berlin und natürlich an unsere Weltallforscher Kinder. Das war die zehnte und damit vorerst letzte Folge unserer zweiten Staffel. Aber wir hören uns ganz bald wieder zur dritten Staffel. Bis dahin bleibt immer schön abgespacet, eure Christine.

17:28 Ein Kinderpodcast der Stiftung Planetarium Berlin und Radio Teddy.