von DIRK EIDEMÜLLER
Schwarze Löcher gehören zu den erstaunlichsten Objekten im Universum. Gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie kann eine konzentrierte Masse die Raumzeit in ihrer Umgebung so stark krümmen, dass dort nicht einmal mehr Licht entweicht. „In den letzten Jahren sind Schwarze Löcher stark in den Fokus der astronomischen Forschung gerückt“, sagt Thomas Janka vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching. Ein Grund ist, dass sich inzwischen Gravitationswellen messen lassen, die entstehen, wenn zwei Schwarze Löcher miteinander kollidieren und verschmelzen.
Doch wie entstehen diese exotischen Objekte? „Bislang ist es der Astronomie noch nicht gelungen, das Verschwinden eines schweren Sterns zu beobachten, wenn er am Ende seiner Lebensdauer zum Schwarzen Loch kollabiert“, sagt Janka.
Die letzten Sekunden eines Sterns
Sterne, die mehrere Sonnenmassen haben, brennen nicht nur wesentlich heller und schneller. Sie können auch schwerere Elemente in ihrem Innern fusionieren. Im Zentrum von sehr massereichen Sternen bildet sich deshalb im Lauf der Zeit ein heißer Eisenkern, der eine enorme Dichte aufweist.
„Während der finalen Brennphase wächst dieser Eisenkern immer weiter. Seine immense Gravitationskraft sorgt schließlich dafür, dass die Eisen-Atomkerne selbst instabil werden“, erklärt Janka. Dann werden Elektronen in die Atomkerne gepresst. Sie verwandeln Protonen in Neutronen – ein Neutronenstern entsteht. Dabei wächst die Dichte immens. Dieser Prozess vollzieht sich rasend schnell: In nur einer Sekunde verwandelt sich das Zentrum eines Sterns in einen Neutronenstern von nur wenigen Kilometern Durchmesser.
Währenddessen stürzt immer mehr Materie aus der Umgebung auf den neugeborenen Neutronenstern. Zugleich werden gewaltige Energien freigesetzt, sowohl durch magnetische Felder als auch durch Neutrinos, die Energie in das dichte Plasma um den Neutronenstern eintragen und es kräftig verwirbeln.
Ist der Neutronenstern mehr als zwei Sonnenmassen schwer, kann er in Sekundenschnelle zum Schwarzen Loch kollabieren. In diesem nimmersatten Gierschlund verschwindet dann sämtliche Materie. Aber wie kommt es zur Supernova? Und wie häufig sind stille Sternentode, bei denen ein Stern in sich zusammenfällt, ohne dass seine Hülle explodiert?
„Die Neutrinos entstehen in riesiger Menge bei den Kernprozessen während der Bildung des zentralen Neutronensterns“, sagt Janka. Zwar gehen Neutrinos kaum Wechselwirkungen ein und können etwa quer durch einen Stern wie die Sonne fliegen. Aber ihre schiere Menge sowie die extrem hohe Dichte im und um den Neutronenstern führen zu zwei Effekten. Erstens können die Neutrinos die äußeren Schichten des kollabierenden Sterns aufheizen und dadurch eine Supernova auslösen. Und zweitens sorgen Asymmetrien bei der Neutrino-Emission und bei der ausgeschleuderten Materie für einen Rückstoß des neugebildeten Neutronensterns.
