Kosmologie für Fußgänger

Elektronen zusammen, die sich nur durch die Richtung ihrer Eigendrehung, dem Spin, unterscheiden. Durch diese Packungsregel entsteht ein Druck, da die Teilchen ja nicht mehr näher zusammenrücken können.
    Der Fermi-Druck ist unabhängig von der Temperatur und hängt nur noch von der Dichte der Materie ab. Materie, die so dicht gepackt ist, dass der Fermi-Druck wirksam wird, heißt in der Physik entartet. Im Gegensatz zum Fermi-Druck hängt ein »artiger«, thermischer Druck sehr wohl von der Temperatur ab. Entartete Materie hingegen kann »eiskalt« sein und doch einen gewaltigen Druck entwickeln, wenn nur die Dichte der Teilchen so hoch geworden ist, dass der Fermi-Druck den thermischen Druck übersteigt.
    Doch auch für den Fermi-Druck der Elektronen gibt es Grenzen. Er kann nur aufrechterhalten werden, solange die Masse des Objekts das 1,4-fache der Sonnenmasse nicht übersteigt. Ist jedoch der kollabierende Rest des erloschenen Sterns kleiner als diese kritische Masse, so wird der weitere Zusammenbruch des Sterns durch den Fermi-Druck der Elektronen gestoppt, und es entsteht ein Weißer Zwerg. Weiß deshalb, weil er noch ziemlich heiß ist und weiß leuchtet. Zwerg, weil ein Stern von den Ausmaßen der Sonne, deren Durchmesser rund 1,4 Millionen Kilometer beträgt, nach dem Zusammenbruch auf Erdgröße geschrumpft ist, was für einen Stern wirklich zwergenhaft ist. Noch kleinere Sternreste, nämlich nur zehn Kilometer große Kugeln, entstehen, wenn der Sternrest schwerer als 1,4 Sonnenmassen ist. Dann ist es nicht der Fermi-Druck der Elektronen wie beim Weißen Zwerg, sondern der Druck der Neutronen, der die Sternleiche stabilisiert. Solche kompakten Gebilde bezeichnet man als Neutronensterne. In ihnen sind die Elektronen in die Atomkerne hineingepresst worden und haben sich mit den Protonen zu Neutronen verbunden. Ein Neutronenstern ist praktisch ein gigantischer Atomkern, mit einer Dichte, die so hoch ist, dass ein würfelzuckergroßes Stück etwa so schwer ist wie die gesamte Menschheit. Neutronensterne sind der Rand der erkennbaren Wirklichkeit. Sie sind unsere letzte Quelle über die extremsten Materiezustände im Universum. Ihre obere Grenzmasse liegt beim etwa 2,8-fachen der Sonnenmasse. Ist die Sternleiche schwerer als dieser Wert, dann gibt es nichts mehr, was der Schwerkraft Paroli bieten kann.
    Oberhalb dieser Grenzmasse hat die Schwerkraft endlich ihr Ziel erreicht und presst alle Materie zu einem stellaren Schwarzen Loch zusammen. Während von einem Neutronenstern noch Teilchen und elektromagnetische Strahlung entweichen können, kommt aus einem Schwarzen Loch überhaupt nichts mehr heraus.
    Wie wir weiter oben schon erfahren haben, lässt sich für jede Masse der Radius ausrechnen, bei dem sie zum Schwarzen Loch wird. Man bezeichnet diesen Radius als Schwarzschild-Radius, benannt nach Karl Schwarzschild, dem ersten Physiker, der aus der Allgemeinen Relativitätstheorie diese Größe ableitete. Ab diesem Radius haben wir keinerlei Möglichkeiten mehr, etwas über die weitere Entwicklung des Sternrestes zu erfahren. Der Schwarzschild-Radius ist unser Horizont, was sich dahinter verbirgt, bleibt für immer im Dunkeln und ist prinzipiell unerreichbar.
    Jetzt wollen wir aber erst mal verschnaufen! Von Sternen und Quanten war die Rede und dieser permanent wirkenden Schwerkraft, der sich in verschiedenen Phasen immer neue Kräfte entgegengeworfen haben, damit wenigstens vorübergehend das Schlimmste verhindert wird. Aber offensichtlich kann keine Kraft im Universum der Schwerkraft auf lange Sicht wirklich widerstehen. Wenn das aber so ist, wieso wurde denn dann nicht schon längst alles in Schwarzen Löchern zusammengepresst? Das ist eine sehr wichtige Frage, deren Beantwortung wir aber noch etwas zurückstellen.
    Schwarze Löcher sind offenbar der normale Endzustand für sehr schwere Sterne, deren Sternleichen durch nichts, aber auch gar nichts mehr vor dem totalen Zusammenbruch zu bewahren sind. Bedenkt man, wie viel schwere Sterne es im ganzen Universum gab, gibt und noch geben wird, dann muss es sehr, sehr viele stellare Schwarze Löcher geben. Immerhin enthält jede einigermaßen große Galaxie ca. 100 Millionen Sterne, die im Prinzip zu Schwarzen Löchern werden können. Nimmt man an, dass nur ein Prozent der Sterne einer Galaxie zu Schwarzen Löchern kollabieren, und multipliziert diese Zahl mit der Anzahl der Milchstraßen im Universum, also mit rund 100 Milliarden, dann könnte es Quadrillionen