Was wäre, wenn die Sonne ein Schwarzes Loch würde?

Die Sonne zu einem Schwarzen Loch von 6 km Durchmesser zusammengepresst: Die Planeten behalten ihre Bahnen, aber Licht und Wärme sind fort

Ein Gedankenspiel: Die Physik erlaubt es auf dem Papier, gesehen hat es noch niemand. Alles folgt der heutigen Theorie.

In 3D ansehen

Schritt für Schritt

Dieselbe Anziehung

Newton zeigte 1687, dass ein runder Körper außerhalb von ihm genauso anzieht, als säße seine ganze Masse im Mittelpunkt: das Schalentheorem. Einsteins Gravitation stimmt dem zu, durch das Birkhoff-Theorem von 1923: Außerhalb einer runden Masse hat der Raum dieselbe Form, was auch immer die Masse im Inneren tut. Ein Schwarzes Loch von einer Sonnenmasse würde die Erde also genau so anziehen wie heute die Sonne.

Nur zwei Dinge würden sich ändern: Es gäbe kein Sonnenlicht mehr und keine Wärme der Sonne. Der Rest dieser Geschichte ist, was das bedeuten würde, berechnet mit gemessenen Zahlen. So etwas ist nie geschehen, und es kann unserer Sonne nicht geschehen.

Wie es gehen könnte

Die Natur kann das mit der Sonne nicht machen. Schwarze Löcher entstehen, wenn ein Stern von mehr als etwa 20 Sonnenmassen seinen Brennstoff verbraucht und sein Kern in sich zusammenstürzt. Der Rest muss mehr als etwa 2,3 Sonnenmassen wiegen, sonst bleibt er als Neutronenstern stehen: Der schwerste bekannte, PSR J0952−0607, hat 2,35 Sonnenmassen (Romani und andere, 2022).

Das hier ist also ein Gedankenexperiment: Die Sonne wird einfach gegen ein Schwarzes Loch gleicher Masse getauscht. Sie wirklich zusammenzupressen, würde hunderte Male mehr Energie freisetzen, als die Sonne in ihrem ganzen Leben abgibt; das bleibt hier außen vor. Das Bild zeigt das Schrumpfen auf einer gleitenden Skala.

Acht Minuten Sonnenschein

Würde die Erde eine Änderung der Anziehung früher spüren? Auch Änderungen der Schwerkraft breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus: 2017 trafen die Gravitationswellen der Neutronensternkollision GW170817 nach 130 Millionen Jahren Reise weniger als zwei Sekunden nach ihrem Licht ein. Hier gibt es aber keine Änderung zu senden: Das Loch zieht genau wie die Sonne.

Mond und Planeten leuchten nur im Licht der Sonne, also würden auch sie erlöschen, jeder, sobald sein letztes reflektiertes Licht uns erreicht: der Mond weniger als drei Sekunden nach der Sonne, Jupiter über eine Stunde später und Neptun etwa 8 Stunden später.

Ein schwarzer Himmel

Ohne Sonnenlicht, das gestreut wird, leuchtet die Luft nicht mehr blau, also ist der Himmel am Tag so schwarz wie in der Nacht. Der Mond würde verschwinden und nur dort auffallen, wo er Sterne verdeckt. Das Loch ist viel zu klein, um im Bild sichtbar zu sein, deshalb ist sein Ort markiert.

Die Kälte

Wie schnell sie dorthin kommt, berechnet ein einfaches Modell: Gestein, das Wärme von unten heraufleitet, und Luft darüber, die Wärme ins All entweichen lässt. Der Treibhauseffekt schwindet, wenn die Kälte den Wasserdampf und später das Kohlendioxid aus der Luft ausfriert. Winde, die Wärme vom Meer bringen und die Abkühlung des Landes anfangs bremsen würden, bleiben außen vor.

Das Meer friert zu

Das Meer würde also nicht in einem Jahr oder einem Jahrhundert durchfrieren: Unter einem Eisdeckel hielte sich flüssiges Wasser Zehntausende Jahre. Die Temperaturen und die Eisdicke stammen aus diesem Modell, und ein vollständigeres Modell könnte etwas andere Werte liefern.

Leben im Dunkeln

Das Leben an der Oberfläche, das von der Nahrung lebt, die Pflanzen aus Sonnenlicht herstellen, würde binnen Monaten aussterben. Doch manches Leben hat die Sonne nie gebraucht: Es lebt von Chemikalien aus dem Gestein, am Meeresboden und tief im Untergrund.

1977 fand das U-Boot Alvin heiße Quellen am Grund des Pazifiks nahe den Galápagosinseln, voller riesiger Röhrenwürmer, Muscheln und Krabben. Sie leben von Mikroben, die ihre Energie aus dem Schwefelwasserstoff im Wasser beziehen, das aus dem Gestein aufsteigt, nicht aus Licht.

Viele dieser Mikroben, und die Tiere, atmen aber Sauerstoff, den Pflanzen im Sonnenlicht erzeugt haben und der im Meer gelöst ist. Ohne Sonne käme keiner mehr hinzu, also würden die größeren Tiere der Quellen sterben, wenn er knapp wird. Mikroben, die keinen Sauerstoff brauchen, würden weitermachen.

Noch tiefer wurde 2008 ein Bakterium, Desulforudis audaxviator, gefunden, das ganz allein 2,8 km tief in einer südafrikanischen Goldmine lebt, ernährt von Wasser, das die Radioaktivität des Gesteins spaltet (Chivian und andere). Solches Leben könnte im Dunkeln Millionen Jahre weitergehen.

Aus der Nähe

Die vom Event Horizon Telescope fotografierten Schwarzen Löcher, M87* im Jahr 2019 und Sagittarius A* im Jahr 2022, zeigen einen Lichtring, weil Gas in sie fällt und sich aufheizt. Um das Loch der Sonne wäre der Raum fast leer, also würde es nicht leuchten: Man sähe es nur daran, wie es den Himmel krümmt.

Die Beugung des Sternlichts im Bild folgt der Allgemeinen Relativitätstheorie, Strahl für Strahl. Die Sterne selbst sind gezeichnet, und der Himmel ist heller dargestellt, als er wirken würde, wie für Augen, die lange an die Dunkelheit gewöhnt sind.

Auseinandergezogen

Weiter innen würde es einen Körper zu einem langen dünnen Strang ziehen, was Astronomen Spaghettifizierung nennen, lange bevor er den Horizont erreicht. Dort, wo die Sonnenoberfläche war, 696.000 km entfernt, ist die Dehnung kleiner als ein Millionstel der Erdschwerkraft: Die Gezeitenkraft hängt davon ab, wie nah man ist, nicht davon, wie klein das Loch ist.

Große Löcher sind an ihrem Rand sanfter. Am Horizont von Sagittarius A*, vier Millionen Mal schwerer, ist die Dehnung auf einen Menschen weit kleiner als die Erdschwerkraft, und man könnte ihn überqueren, ohne etwas zu spüren. Die Ringe im Bild zeigen, wo die Dehnung das Ein- und Zehnfache der Erdschwerkraft beträgt.

Was wirklich geschehen wird

Ein Stern wird nur dann ein Schwarzes Loch, wenn er mit mehr als etwa 20 Sonnenmassen geboren wird. Die Sonne wird stattdessen den Wasserstoff in ihrem Kern verbrauchen, sich auf etwa das 200-Fache ihres Durchmessers aufblähen und ihre äußeren Schichten abwerfen. Ihr heißer Kern bleibt als Weißer Zwerg zurück, etwa so groß wie die Erde, der über Billionen Jahre langsam abkühlt.

Die Erde wird ihn weiter umkreisen, falls sie nicht vorher vom Roten Riesen verschluckt wird, und am Nachthimmel steht statt einer Sonne ein kleiner, verblassender weißer Stern. Die Simulation Der Tod der Sonne unter Phänomene zeigt, wie sie wirklich enden wird.

Das nächste bekannte Schwarze Loch, Gaia BH1, ist 1.560 Lichtjahre entfernt (El-Badry und andere, 2023). Es ist zehnmal schwerer als die Sonne, und ein sonnenähnlicher Stern umkreist es, so wie die Erde eine zum Schwarzen Loch gewordene Sonne umkreisen würde.