Schwarze Löcher sind massive kosmische Phänomene, die so groß sind, dass selbst Licht sie nicht verlassen kann. Die meisten Leute denken, dass Schwarze Löcher nur herumsitzen und herumirrende Gas- oder Staubstücke fressen.
Aber könnten Schwarze Löcher tatsächlich ein interessanteres Innenleben haben? Können sie zum Beispiel explodieren? Bedeutet die Explosion „eine plötzliche, kurzfristige Freisetzung enormer Energiemengen“, dann ist die Antwort ein klares Ja. Und das Interessanteste ist, dass sie sogar auf verschiedene interessante Arten explodieren können.
Es gibt eine Möglichkeit, wie Schwarze Löcher explodieren können. Dieser Prozess erklärt sich aus der Tatsache, dass Schwarze Löcher nicht vollständig schwarz sind, was 1976 vom berühmten Astrophysiker Stephen Hawking entdeckt wurde.
„In der klassischen Physik kann nichts aus einem Loch kommen“, sagte Sameer Mathur, Physiker an der Ohio State University, in einer E-Mail gegenüber Live Science. "Aber Hawking fand heraus, dass das Loch durch die Quantenmechanik langsam seine Energie im Unendlichen entzieht, indem es niederenergetische Strahlung aussendet, die Hawking-Strahlung genannt wird."
Bis ein Schwarzes Loch neues Material absorbiert, verliert es langsam an Masse, wenn es Hawking-Strahlung aussendet, aber es ist langsam. Ein typisches Schwarzes Loch mit einer Masse, die mehrmals so groß ist wie die der Sonne, emittiert jedes Jahr etwa ein Photon oder Lichtpaket. Bei dieser Rate braucht ein typisches Schwarzes Loch 10^100 Jahre, um vollständig zu verdampfen.
Aber Hawking erkannte, dass kleinere Schwarze Löcher viel schneller verdampfen. Wenn ein Schwarzes Loch immer kleiner wird, sendet es immer mehr Strahlung aus. In den letzten Augenblicken seines Lebens gibt ein Schwarzes Loch so viel Strahlung ab, und zwar so schnell, dass es wie eine Bombe wirkt und einen Strom hochenergetischer Strahlung und Teilchen freisetzt.
Wenn sich im extrem frühen Universum kleine (erdgroße) Schwarze Löcher gebildet hätten, hätte es mehrere Milliarden Jahre gedauert, bis sie verdampften, was bedeutet, dass diese "ursprünglichen" Schwarzen Löcher, falls sie existieren, gerade jetzt im gesamten Universum explodieren. Bis heute haben Astronomen keine Hinweise auf urzeitliche explodierende Schwarze Löcher gefunden, aber sie könnten in der Nähe sein.
Schwarze Löcher explodieren aufgrund ihrer Rotation in einer anderen Art von Explosion, die nirgendwo sonst im Universum zu finden ist. Sich drehende Schwarze Löcher – auch Kerr-Schwarze Löcher genannt, nach dem neuseeländischen Mathematiker Roy Kerr, der als erster verstand, wie sie funktionieren – erschaffen eine Ergosphäre um ihren Ereignishorizont. Die Ergosphäre ist ein langgestreckter Raumbereich, in dem nichts stationär bleiben kann. Alles, was auf ein rotierendes Schwarzes Loch fällt, beginnt sich um dieses zu drehen, wenn das Teilchen in die Ergosphäre eintritt.
Auch die Raumzeit um ein rotierendes Schwarzes Loch kann Photonen anziehen. Wenn genügend Photonen vorhanden sind, können sie aneinander oder an Streupartikeln abprallen. Manchmal bewirkt der Aufprall, dass Photonen die Ergosphäre verlassen. Aber in anderen Fällen bewirkt der Aufprall, dass die Photonen tiefer in das Schwarze Loch fallen, wo sie Energie gewinnen. Sie können sich dann wieder auf eine höhere Umlaufbahn auflösen und dann wieder zurückfallen.
Bei jeder Wiederholung dieses Vorgangs und bei jeder Umrundung des Schwarzen Lochs gewinnt das Photon an Energie. Dieser Vorgang wird als „Überstrahlung“ bezeichnet. Wenn sich das Photon schließlich befreit, wird es im Vergleich zu dem Zeitpunkt, an dem es seine Reise begonnen hat, eine enorme Energiemenge haben.
Sind genügend Photonen an diesem Prozess beteiligt, können sie mit unglaublicher Energie sofort ausbrechen und sich in eine sogenannte „Schwarze-Loch-Bombe“ verwandeln. Auch wenn das Schwarze Loch selbst nicht explodiert, zeigt dieser Überstrahlungseffekt einmal mehr, wie stark Schwarze Löcher auf die Umwelt einwirken können.
Die häufigste Art, wie Schwarze Löcher Explosionen verursachen, ist nicht ihre Selbstzerstörung, sondern die Kraft ihrer unwiderstehlichen Gravitationskraft. Supermassereiche Schwarze Löcher befinden sich in den Zentren von Galaxien, und manchmal kommen große Materieklumpen wie Sterne zu nahe vorbei. Wenn dies geschieht, wird der Stern durch Gezeiteneffekte auseinandergerissen, und dieses Zerreißen führt zu einer explosionsartigen Freisetzung von Energie. Astronomen auf der Erde können diese Energiefreisetzung als kurze, aber intensive Explosion von Röntgen- und Gammastrahlen beobachten.
Diese supermassiven Schwarzen Löcher zerfetzen nicht nur Sterne, sondern sammeln auch oft Materieschwärme, die in riesigen Akkretionsscheiben ständig um sie herumwirbeln. Akkretionsscheiben erreichen Temperaturen von Billiarden Grad, was sie zu den hellsten Objekten im Universum macht – eine leuchtende Scheibe kann mehr als eine Million Galaxien gleichzeitig überstrahlen.
Bei ihrer Spitzenleistung erzeugen die Scheiben elektrische und magnetische Felder, die einen Teil des Scheibenmaterials um schwarze Löcher herum in lange, dünne Jets ziehen, die sich über Zehntausende von Lichtjahren erstrecken. Obwohl diese Jets technisch gesehen keine Explosionen sind, sind sie dennoch ziemlich intensiv.
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