Was sind Gezeitenkräfte?
Gezeitenkräfte entstehen, wenn ein Gravitationsfeld über ein ausgedehntes Objekt hinweg in seiner Stärke variiert. Auf der Erde erleben wir dies als Gezeiten der Ozeane, verursacht durch die etwas stärkere Gravitationswirkung des Mondes auf der nahen Erdseite im Vergleich zur fernen. Nahe einem Schwarzen Loch wird dieser Effekt ins Extreme gesteigert.
Die Gezeitenbeschleunigung über einen Körper der Höhe Δr im Abstand r von einem Schwarzen Loch der Masse M ist gegeben durch Δa = 2GMΔr/r³. Das entscheidende Merkmal ist das r³ im Nenner — Gezeitenkräfte wachsen bei Annäherung an das Schwarze Loch extrem schnell.
Spaghettifizierung
Der Begriff «Spaghettifizierung» wurde von Stephen Hawking populär gemacht, um zu beschreiben, was mit einem Objekt geschieht, das in ein stellares Schwarzes Loch fällt. Der Gravitationsgradient streckt das Objekt entlang der radialen Richtung (zum Schwarzen Loch hin) und staucht es gleichzeitig in den senkrechten Richtungen. Das Ergebnis: Das Objekt wird zu einem langen, dünnen Faden gezogen — wie Spaghetti.
Für ein Schwarzes Loch mit 10 Sonnenmassen werden die Gezeitenkräfte weit außerhalb des Ereignishorizonts tödlich. Ein Astronaut würde Hunderte von Kilometern vor Erreichen des Schwarzschild-Radius zerrissen werden. Der Prozess ist nicht augenblicklich, beschleunigt sich jedoch dramatisch mit abnehmender Entfernung.
Der Vorteil supermassereicherer Schwarzer Löcher
Hier liegt eine der kontraintuitivsten Tatsachen der Physik Schwarzer Löcher: Supermassereiche Schwarze Löcher sind an ihren Ereignishorizonten sanfter als stellare. Da der Schwarzschild-Radius linear mit der Masse skaliert, während die Gezeitenkräfte bei einem gegebenen Radius ebenfalls linear mit der Masse skalieren, nimmt die Gezeitenkraft am Ereignishorizont tatsächlich mit zunehmender Masse ab (sie skaliert mit 1/M²).
Für Sagittarius A* (4 Millionen Sonnenmassen) beträgt die Gezeitenbeschleunigung am Ereignishorizont auf einen 1,8-Meter-Körper nur etwa 0,009 g — völlig unmerklich. Ein Astronaut könnte den Ereignishorizont ohne jede physische Empfindung von Gezeitendehnung überqueren. Für das ultramassereiche Schwarze Loch TON 618 (66 Milliarden Sonnenmassen) sind die Gezeitenkräfte am Horizont noch vernachlässigbarer.
Der Punkt ohne Wiederkehr
Jenseits des Ereignishorizonts wachsen die Gezeitenkräfte jedoch unvermeidlich ohne Grenze an, je näher man der zentralen Singularität kommt. Innerhalb des Schwarzen Lochs ist die Singularität kein Ort im Raum, sondern ein Moment in der Zukunft — unausweichlich, wie der morgige Tag. Die Spaghettifizierung, die außerhalb eines supermassereichen Schwarzen Lochs vermeidbar war, wird im Inneren unvermeidlich. Die genaue Natur dessen, was an der Singularität geschieht, bleibt eine der großen offenen Fragen der Physik, die wahrscheinlich eine Theorie der Quantengravitation zu ihrer Klärung erfordert.