Wie viel wiegt ein Schwarzes Loch im Vergleich zur Sonne

Die Sonne hat eine Masse von 1,989 × 10³⁰ Kilogramm. Diese Zahl ist so groß, dass in der Astrophysik Kilogramm sinnlos wurden und eine eigene Einheit erfunden wurde: die Sonnenmasse (M☉). Wenn wir über Schwarze Löcher sprechen, wird diese Einheit unverzichtbar, denn ihre Massen reichen von wenigen Sonnenmassen bis zu Milliarden davon. Vergleichen wir reale Zahlen, ohne Ungenauigkeiten.

Was genau ist eine Sonnenmasse

Eine Sonnenmasse entspricht 1,989 × 10³⁰ kg, also fast zwei Trilliarden Kilogramm. Sie ist die Standardreferenz in der Astrophysik, weil der Vergleich riesiger Objekte in Kilogramm unhandliche Zahlen ergibt. Zu sagen ‚dieses Schwarze Loch hat 10 Sonnenmassen‘ ist viel klarer, als 1,989 × 10³¹ kg zu schreiben.

Die Sonne macht mit ihrer gesamten Masse 99,86 % der Gesamtmasse des Sonnensystems aus. Wenn du sehen möchtest, wie sie sich im Vergleich zu den sie umkreisenden Planeten verhält, kannst du nachlesen, wie viel die Erde im Vergleich zu anderen Planeten im Sonnensystem wiegt, ein guter Bezugspunkt, bevor wir zu noch größeren Größenordnungen springen.

Masse eines Schwarzen Lochs im Vergleich zur Sonne: die drei Typen

Nicht alle Schwarzen Löcher wiegen gleich. Sie werden nach ihrer Masse in drei große Kategorien eingeteilt:

• Stellare Schwarze Löcher: zwischen 3 und 100 Sonnenmassen, entstanden durch den Kollaps massereicher Sterne.
• Schwarze Löcher mittlerer Masse: zwischen 100 und 100.000 Sonnenmassen, ein wenig erforschter und schwer nachweisbarer Bereich.
• Supermassive Schwarze Löcher: von 100.000 bis zu mehreren Milliarden Sonnenmassen, beheimatet im Zentrum von Galaxien.

Der Unterschied zwischen dem unteren und dem oberen Extrem beträgt den Faktor eine Milliarde. Diese Kluft ist größer als die zwischen einem Sandkorn und einem Berg.

Wie viel wiegt ein typisches stellares Schwarzes Loch

Cygnus X-1, eines der am besten erforschten Schwarzen Löcher, hat eine geschätzte Masse von 21,2 Sonnenmassen. Das entspricht 4,22 × 10³¹ kg. Um zu entstehen, musste der Vorläuferstern ursprünglich mehr als 20 Sonnenmassen haben, bevor er kollabierte, da ein Großteil seiner Masse bei der vorherigen Supernova-Explosion verloren geht.

Die theoretische Mindestgrenze für ein stellares Schwarzes Loch liegt bei 3 Sonnenmassen (die Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze). Unterhalb dieses Wertes ist das kollabierte Objekt ein Neutronenstern, kein Schwarzes Loch.

Wie viel wiegt ein supermassives Schwarzes Loch

Sagittarius A*, das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, hat eine Masse von 4,3 Millionen Sonnenmassen. In Kilogramm sind das 8,55 × 10³⁶ kg. Im Vergleich zu Cygnus X-1 ist es mehr als 200.000-mal massereicher.

Aber Sagittarius A* ist bescheiden im Vergleich zu anderen dokumentierten Fällen. TON 618 hat eine geschätzte Masse von 66 Milliarden Sonnenmassen, was es zu einem der schwersten bekannten Schwarzen Löcher macht. Multipliziert man diese Zahl mit der Sonnenmasse, ergibt sich ein Wert von 1,31 × 10⁴¹ kg, eine Menge, die die kombinierte Masse Tausender ganzer Galaxien übersteigt, wenn man sie nur nach Sternen vergleichen würde.

Um dir eine Vorstellung von der Größenordnung der Galaxie zu machen, die diese Giganten beherbergt, lohnt es sich nachzulesen, welche Größe die Milchstraße in Lichtjahren hat, denn Masse und galaktische Größe sind eng miteinander verbunden.

Sonnenmasse vs. Schwarzes Loch: warum der Vergleich nicht linear ist

Ein häufiger Irrtum ist zu glauben, dass die physische Größe eines Schwarzen Lochs genauso wächst wie seine Masse. Das ist nicht ganz so, aber es gibt einen direkten Zusammenhang zwischen Masse und Schwarzschild-Radius (der Größe des Ereignishorizonts):

• Ein Schwarzes Loch mit 1 Sonnenmasse hat einen Schwarzschild-Radius von 2,95 km.
• Sagittarius A* hat mit 4,3 Millionen Sonnenmassen einen Radius von etwa 12,7 Millionen km, ungefähr das 18-fache des Sonnenradius.
• TON 618 hätte mit 66 Milliarden Sonnenmassen einen Schwarzschild-Radius von etwa 1.300 astronomischen Einheiten, größer als die Umlaufbahn vieler Objekte im Sonnensystem.

Das bedeutet, dass ein supermassives Schwarzes Loch im Gegensatz zu einem Stern eine geringere durchschnittliche Dichte als Wasser haben kann, obwohl es eine enorme Masse konzentriert, einfach weil auch sein Volumen riesig ist.

Wie die Masse eines Schwarzen Lochs berechnet wird

Astrophysiker wiegen ein Schwarzes Loch nicht direkt: Sie beobachten seine Gravitationswirkung auf nahegelegene Objekte. Die wichtigsten Methoden sind:

• Umlaufbahnen naher Sterne: Man misst die Umlaufgeschwindigkeit eines Sterns oder Gases um das Schwarze Loch und wendet das dritte Kepler-Gesetz an.
• Akkretionsscheibe: Man analysiert die von dem in das Schwarze Loch fallenden Material abgegebene Strahlung, was Masse und Wachstumsrate offenbart.
• Gravitationswellen: Bei Verschmelzungen von Schwarzen Löchern erlaubt das von Observatorien wie LIGO erfasste Signalmuster, die Massen beider Objekte mit hoher Präzision zu berechnen.

Die erste durch Gravitationswellen nachgewiesene Verschmelzung von Schwarzen Löchern im Jahr 2015 betraf Objekte mit 36 und 29 Sonnenmassen, die zu einem Objekt mit 62 Sonnenmassen verschmolzen und dabei die Energie von 3 Sonnenmassen als reine Gravitationsenergie freisetzten.

Von Sonnenmassen zu Kilogramm und Tonnen umrechnen

Mit Sonnenmassen zu arbeiten ist in der Astrophysik nützlich, aber manchmal musst du diese Zahlen in handlichere Einheiten für Vergleiche oder konkrete Berechnungen umwandeln. Wenn du die resultierende Masse in metrische Tonnen umrechnen möchtest, um dir eine irdischere Vorstellung von der Größenordnung zu machen, kannst du den Umrechner von Kilogramm in metrische Tonnen von Glosaria verwenden: Du gibst das Ergebnis in Kilogramm aus deiner Berechnung mit Sonnenmassen ein und erhältst sofort das Äquivalent in Tonnen, ohne manuelle Umrechnungsfehler.

Zum Beispiel entspricht die Masse von Cygnus X-1 (4,22 × 10³¹ kg) 4,22 × 10²⁸ Tonnen. Das sind Zahlen, mit denen kein Standardrechner ohne wissenschaftliche Notation gut umgehen kann, sodass ein spezialisiertes Werkzeug Umrechnungsfehler vermeidet.

Welche Massegrenzen für Schwarze Löcher existieren

Es gibt eine klare Untergrenze (3 Sonnenmassen), aber die Obergrenze ist umstrittener. Aktuelle Modelle deuten darauf hin, dass supermassive Schwarze Löcher nicht unbegrenzt wachsen können, da die Materieakkretion sich selbst begrenzt: Ab einer bestimmten Masse drängt die von der Akkretionsscheibe abgegebene Strahlung das umgebende Gas ab und bremst das Wachstum.

Die geschätzte theoretische Obergrenze liegt bei etwa 50 Milliarden Sonnenmassen, obwohl sich Objekte wie TON 618 dieser Grenze stark annähern, was eine Debatte darüber auslöst, ob noch unverstandene Wachstumsmechanismen existieren, wie direkte Verschmelzungen zwischen bereits supermassiven Schwarzen Löchern.

Häufig gestellte Fragen

Welches ist das schwerste bekannte Schwarze Loch?

TON 618 ist einer der schwersten bekannten Kandidaten, mit einer geschätzten Masse von 66 Milliarden Sonnenmassen, was 1,31 × 10⁴¹ Kilogramm entspricht. Es befindet sich etwa 10,4 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt.

Wie viele Sonnenmassen hat das Schwarze Loch der Milchstraße?

Sagittarius A*, das supermassive Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie, hat eine Masse von etwa 4,3 Millionen Sonnenmassen, was 8,55 × 10³⁶ Kilogramm entspricht.

Welche Mindestmasse ist nötig, damit etwas zu einem Schwarzen Loch kollabiert?

Die theoretische Mindestgrenze liegt bei 3 Sonnenmassen, bekannt als Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze. Unterhalb dieses Wertes ist das entstehende kollabierte Objekt ein Neutronenstern statt eines Schwarzen Lochs.

Warum wird die Sonnenmasse statt Kilogramm zur Messung von Schwarzen Löchern verwendet?

Weil die Zahlen in Kilogramm so groß sind, dass sie unhandlich und mental schwer vergleichbar werden. Die Sonnenmasse als Referenzeinheit (1,989 × 10³⁰ kg) zu verwenden, erlaubt es, astronomische Objekte mit viel kleineren und verständlicheren Zahlen zu vergleichen, etwa ’10 Sonnenmassen‘ statt ‚1,989 × 10³¹ Kilogramm‘ zu sagen.

Kann ein Schwarzes Loch mit der Zeit Masse verlieren?

Ja, durch einen Prozess namens Hawking-Strahlung, wenn auch extrem langsam. Bei einem Schwarzen Loch stellarer Masse übersteigt die für die vollständige Verdampfung benötigte Zeit das aktuelle Alter des Universums bei weitem, sodass seine Masse in der Praxis nur durch die Aufnahme naher Materie zunimmt.