Wie können Gravitationswellen der Schwerkraft eines Schwarzen Lochs entkommen?

Ich sehe diesen Satz die ganze Zeit, und ich muss sagen, ich mag ihn nicht mehr, weil er eine sehr schlechte Fehlbezeichnung ist. In neun von zehn Fällen, wenn jemand über ein Schwarzes Loch spricht, beschreibt er es als ein Objekt mit einer so starken Schwerkraft, dass „nicht einmal Licht entkommen kann“.

Diese unqualifizierte Aussage stellt jedoch ein starkes Missverständnis darüber dar, was Schwarze Löcher tatsächlich sind und wie sie funktionieren, und bewirkt nichts anderes, als unschuldige Zuschauer wie Sie zu verwirren. Die Schwerkraft eines Schwarzen Lochs ist nicht mehr oder weniger stark als bei jedem anderen Objekt im Universum. Schwarze Löcher sind keine kosmischen Vakuums, die ihre mächtigen Gravitationskräfte nutzen, um alle Materie, Licht usw. in der Nähe aufzusaugen. Tatsächlich würden alle Planeten in unserem System herumlaufen, wenn Sie unsere Sonne durch ein Schwarzes Loch mit genau derselben Masse ersetzen würden genauso umkreisen und keinen Unterschied bemerken würden (abgesehen vom Massensterben auf der Erde, weil keine Energie mehr von der Sonne empfangen wird).

Davon abgesehen wollen wir uns ein besseres Bild davon machen, was ein Schwarzes Loch ist und wie es funktioniert. Ein Schwarzes Loch ist ein Masseklumpen, der so massiv geworden ist, dass die Gravitationskraft dieser Masse auf sich selbst, die versucht, sie zusammenzuziehen, die Masse tatsächlich zu einer Singularität zusammenbricht. Die Singularität ist ein punktartiger Raumbereich, in dem die gesamte Masse enthalten ist. Etwas außerhalb dieser Singularität wird die Physik seltsam. Wenn Sie sich beispielsweise direkt neben dieser Singularität befinden und die Geschwindigkeit berechnen, die erforderlich ist, um von dieser Singularität wegzukommen (z. B. müssen Sie ~ 11 km / s zurücklegen, um von der Erde wegzukommen), finden Sie eine Geschwindigkeit, die viel ist größer als die Lichtgeschwindigkeit. Das ist der Ursprung des Satzes „nicht einmal Licht kann entkommen“. Aber, wenn Sie weiter von der Singularität entfernt starten, benötigen Sie weniger Geschwindigkeit, um ihr zu entkommen, da Sie weniger Gravitationskraft von ihr spüren (die Schwerkraft nimmt mit der Entfernung ab). Das bedeutet, dass die Lichtgeschwindigkeit in einiger Entfernung von der Singularität tatsächlich schnell genug ist, um dem Schwarzen Loch zu entkommen. Dieser Abstand ist so wichtig, dass Wissenschaftler ihm einen besonderen Namen gegeben haben, den Ereignishorizont . Es kann viel komplizierter werden als das einfache Bild, das ich oben gemalt habe, aber das ist die allgemeine Idee.

Wenn Sie das alles zusammenfassen, sagt Ihnen das, dass jedes Licht, das sich außerhalb des Ereignishorizonts befindet, dem Schwarzen Loch problemlos entkommen kann. Nur das Licht innerhalb dieses Ereignishorizonts kann nicht entkommen. Ebenso können Gravitationswellen außerhalb des Ereignishorizonts genauso leicht entkommen. Dies ist, was die Antwort von StephenG meinte, als sie sagte, sie seien "außerhalb" des Schwarzen Lochs. Mit außerhalb meinte er außerhalb des Ereignishorizonts. Und es stimmt, solange die Entstehung der Gravitationswelle außerhalb des Ereignishorizonts stattfindet, wird sie dem Schwarzen Loch entkommen.

Und nur als Größenreferenz: Das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie, das 4.000.000 Mal massereicher ist als unsere Sonne, hat einen Ereignishorizont, der sich nur über ~10.000.000 km erstreckt. Das ist kaum außerhalb der Umlaufbahn des Merkur, wenn er in der Position unserer Sonne wäre. Sie sehen also, es ist nicht sehr schwer, außerhalb des Ereignishorizonts zu sein, da der Ereignishorizont astronomisch gesehen nicht so groß ist.

Gravitationswellen sind eine Verzerrung der Raumzeit außerhalb des Schwarzen Lochs. Sie müssen nicht fliehen, weil sie schon draußen sind.