Schwarzes Loch
Ein Schwarzes Loch ist ein Bereich im Raum, in dem die Gravitation so stark ist, dass selbst Licht nicht mehr entweichen kann.
Schwarze Löcher im Universum
Schwarze Löcher können als Endzustand massereicher Sterne bei einer Supernova-Explosion entstehen. Ein derartiges schwarzes Loch ist ein Objekt mit der Masse des Stern, allerdings mit sehr geringen Ausdehnung.
Es hat dann nur einem Teil der Masse des ursprünglichen Sterns (der Rest wurde bei der Supernova-Explosion weggeschleudert), allerdings mit einer derart veringerten Ausdehnung, dass die Entweichungsgeschwindigkeit, die ein Körper aufbringen müsste, um das Gravitationsfeld dieses Objekts zu überwinden, größer als die Lichtgeschwindigkeit wäre. Da aber laut der Allgemeinen Relativitätstheorie keine Bewegung schneller als mit Lichtgeschwindigkeit möglich ist, folgt, dass nichts, das Licht eingeschlossen, das Gravitationsfeld dieses Objekts überwinden kann. Das Wirkungsfeld eines Schwarzen Lochs wird durch den Schwarzschildradius angegeben. Jedem Teilchen ínnerhalb dieses Umkreises ist es unmöglich ihn wieder zu verlassen. Auch elektromagnetische Strahlen können ein Schwarzes Loch nicht verlassen.
Neben solchen durch Supernovae entstandenen schwarzen Löchern könnte es aber auch so genannte primordiale schwarze Löcher geben. Das sind schwarze Löcher, die sich als "Raumverwerfungen" bereits im Urknall gebildet haben, ohne dass ein Stern implodiert wäre.
Die meisten Schwarzen Löcher sind entweder relativ klein (nur wenige Sonnenmassen) oder supermassiv (mehrere Millionen Sonnenmassen).
Man geht heute davon aus, dass viele Spiralgalaxien, unsere eigene Milchstraße eingeschlossen, in ihrem Zentrum ein supermassives schwarzes Loch haben. Die hohe Leuchtkraft der Quasare wird auf Strahlung zurückgeführt, die Materie beim Sturz in ein Schwarzes Loch abgibt.
Eine direkte Beobachtung von schwarzen Löchern ist, da sie selbst keine Strahlung abgeben, problematisch. Die um schwarze Löcher erwarteten Akkretionsscheiben sollten allerdings klar erkennbare Strahlung abgeben. Mit der Fertigstellung von Gravitationsteleskopen sollte es möglich werden, die Geburt schwarzer Löcher zu beobachten.
Schwarze Löcher in der allgemeinen Relativitätstheorie
Formell ergibt sich ein schwarzes Loch als spezielle Vakuum-Lösung der allgemeinen Relativitätstheorie, der so genannten Schwarzschild-Lösung (nach Karl Schwarzschild, der diese Lösung gefunden hat), beziehungsweise für rotierende und elektrisch geladene Schwarze Löcher aus der Kerr-Newman-Lösung. "Vakuumlösung" bedeutet hierbei, dass das schwarze Loch aus nichts anderem besteht als aus leerem Raum, der allerdings stark gekrümmt ist. In der Mitte des schwarzen Loches befindet sich allerdings eine Singularität, das bedeutet, dass an dieser Stelle die Gleichungen der Relativitätstheorie versagen.
Die Grenze, bei der auf der einen Seite noch Licht entweichen kann, auf der anderen Seite nicht mehr, heißt Ereignishorizont oder Schwarzschild-Singularität. Da ein nicht-rotierendes Schwarzes Loch von außen gesehen kugelförmig ist, hat auch der Ereignishorizont die Form einer Kugeloberfläche. Der Radius dieser Kugel ist der Schwarzschildradius. Die Schwarzschild-Singularität ist jedoch keine echte Singularität, sondern nur eine Koordinatensingularität (vergleichbar dem Nordpol, an dem ebenfalls eine Koordinatensingularität auftritt, ohne dass jemand, der den Nordpol überquert, irgendetwas besonderes merken würde).
Ein Schwarzes Loch wird vollständig durch seine Masse, seinen Drehimpuls und seine elektrische Ladung beschrieben. Diese Tatsache ist bekannt als das No-Hair-Theorem ("ein schwarzes Loch hat keine Haare").