Hallo,
Schwarze Löcher gibt es, sagen die Astrophysiker. Angeblich hat man sie in anderen Galaxien schon nachgewiesen, im Zentrum der Milchstrasse sitzt möglicherweise auch eins.
Sind diese kuriosen Dinger nun „echt“ nachgewiesen, oder ist das vorerst „nur“ eine mathematisch/physikalische Theorie, d.h. die beste Erklärung für das, was man dort sieht/misst?
Danke, Stucki
Hi Stucki
Teilweise haben wir das gerade im thread „wann sind Naturwissenschaften…“ (Thomas Millack) im Forum Naturwiss. andiskutiert.
In der Praxis der Astronomie wir das kaum noch angezweifelt, daß es schwarze Löcher tatsächlich „gibt“ (Gnlwth wird das sicher besser wissen…). Aber genau genommen gilt das, was du in deinem letzten Satz schreibst. Sowohl die Energiebilanz mancher astronomischer Objekte (Quasare), als auch die bemerkenswert schnellen Bewegungen stellarer Objekte im galaktischen Zentrum
http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap001220.html
als auch neuerdings die Messung der Spektren von Gaswolken, die in ein Zentrum stürzen
http://cfa-www.harvard.edu/cfa/ep/pressrel/garcia01…
lassen sich am einfachsten mit der Existenz schwarzer Löcher erklären.
Gruß
M.G.
Hallo Metapher,
danke vorab, hatte den Thread nicht mitbekommen, war ein bisschen Skilaufen. Werde ich mir mal ansehen.
Gruss, Stucki
Bald der direkte Nachweis!
Hallo,
indirekt nachgewiesen sind schon viele SL, im Fall des Galaktischen Zentrums einfach durch die Absch"atzung des Potentials - man misst die Bewegungen der Sterne, die um ein Schwarzes Loch kreisen, sch"atzt die Masse ab, und errechnet aus dem zur Verf"ugung stehenden Raum die Dichte. In der Milchstrasse befindet sich eine Masse von 2.6*10^6 Sonnenmassen, innerhalb eines Volumens von nur 10^-6 pc^3 - das ergibt eine Dichte von mindestens 10^12 Sonnenmassen pro pc^3 - sowas kann nur ein schwarzes Loch sein (die Referenz hierzu: Eckart&Genzel, 1996 Nature 383, 415, oder Ghez et al., 1998 ApJ 509, 678).
Bald wird es jedoch auch m"oglich sein, den direkten Nachweis zu bringen - Heino Falcke aus Bonn hat das gezeigt (Falcke et al. 2000, ApJ 530, L13). Anhand von relativistischen ray-traycing codes konnte er n"amlich zeigen, dass ein SL einen Schatten wirft, wenn es von einem optisch d"unnen, selbst l"auchtenden Gas umgeben ist (was im Galaktischen Zentrum (Sagittarius A*) der Fall ist. Im submm-Bereich ist das Gas optisch d"unn, der Schatten hat einen Durchmesser von etwa 10 Schwarzschildradien, so dass er mit interferometrischen Methoden aufgel"ost werden kann. Leider sind diese Methoden im submm-Bereich noch nicht so weit entwickelt - man m"usste bis etwa 0.6 mm runterkommen. Aber in absehbarer Zeit wird es m"oglcih sein, diesen Schatten zu sehen - das w"are dann der erste direkte Nachweis.
Gruss
Bald wird es jedoch auch m"oglich sein, den direkten Nachweis
zu bringen
Möglicherweise hat man den jetzt schon: http://www.diewelt.de/daten/2001/01/15/0115astr21571…
Cool! (o.T.)
.
Schwarze Loecher - und dann?
Habe ich das richtig verstanden, dass schwarze Loecher staendig Materie „einsaugen“, die dann niemehr herauskommen kann (in welcher Form auch immer)?
Wenn dem so sei, dann muessten schwarze Loecher doch staendig wachsen und ihre Anziehungskraft auf die Materie ausserhalb doch staendig zunehmen, so dass mit der Zeit immer mehr Materie angezogen wird, die SL’s immer schneller wachsen…
Wenn man das zuende denkt, dann duerfte es in ferner Zukunft eigentlich nur noch schwarze Loecher geben, die sich gegenseitig anziehen und schliesslich ineinanderstuerzen. Am Ende gibt es dann nur noch ein gigantisches schwarzes Loch und dann? ~Der naechste Urknall?~
Gruss Marcus
Ereignishorizont beobachtbar
zu den Chandra-Messungen hatte ich ja unten in meinem Posting schon den Original-Link angegeben:
http://cfa-www.harvard.edu/cfa/ep/pressrel/garcia01…
aber hier:
http://oposite.stsci.edu/pubinfo/PR/2001/03/index.html
findet man das ganze anschaulich umgesetzt, kommentiert, und auch Animationen zu diesen Messungen
In dem DieWelt-Artikel findet man wieder diese Formulierung, auf deren Mißverständlichkeit ich schon mehrfach hinwies:
http://www.wer-weiss-was.de/cgi-bin/forum/showarchiv…
Eine Beobachtung von Ereignissen außerhalb des Ereignishorizontes (das Innere ist ja per definitionem nicht beobachtbar - Gruß an MrStupid *g*) kann nicht Materie zeigen, „die IN das Innere des Horizontes stürzt“. Sie stürtzt ewig nur AUF den Horizont ZU (wobei alle Signale ad infinitum rotverschoben ankommen). Nur im Eigensystem beschrieben erreicht die einstürzende Materie in endlicher (berechenbarer) Zeit die Singularität im Znetrum des Ereignishorizonztes.
Keine Angst…
Nicht jeder sterbende Stern wird zum SL, die weitaus meisten werden zu weissen Zwergen oder Neutronensternen. Die anderen, die SLs, saugen die Materie in ihrer Umgebung ab - aber da die Gravitation ja mit dem Abstand kleiner wird, saugen sie nur da, wo nicht irgendetwas anderes eine gr"ossere Anziehung hat - wir werden wohl niemals von einem SL am anderen Ende der Milchstrasse aufgesaugt.
Abgesehen davon gibt es nicht nur den Ereignishorizont, sondern auch einen (etwas gr"osseren) Radius, den man ‚‚last stable orbit‘‘ nennt - wie der Name schon sagt, Zeug, was sich vor dem last stable orbit um das SL bewegt, f"allt nicht zwangsl"aufig rein - ausser, es verliert aus irgendwelchen Gr"unden Drehimpuls, z.B. durch Reibung.
Was die Kerne Aktiver Galaxien angeht (das Zentrale Monster (!)) - die saugen nicht die Galaxie auf, weil die im Normalfall dynamisch stabil ist, und sie saugen nicht andere Galaxien auf, weil das Universum ja expandiert, die Galaxien bewegen sich also voneinander weg (w"are dieDichte gr"osser als die kritische Dichte, dann h"attest Du recht, dann w"urde das Weltall nach einer Zeit der Expansion umkehren, und alles w"urde wieder auf einen Punkt zur"uckkommen - der Big Crunch, der sich aber quantenmechanisch und thermodynamisch vom Big Bang unterscheidet, es ist nicht einfach die Zeitumkehr desselben).
Wenn zwei galaxien zusammenstossen, dann kann es sein, dass das Gas der Galaxie ins Zentrum st"urzt, und dort (vielleicht ein SL bildet). Die Sterne tun das nicht, denn sie sind ein stossfreies Gas.
Also, das bl"uht uns wohl eher nicht.
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Sie stürtzt ewig
nur AUF den Horizont ZU (wobei alle Signale ad infinitum
rotverschoben ankommen).
Richtig, aber erstens konvergiert die Wellenlänge so schnell gegen unendlich, daß die Materie aus unserer Sicht plötzlich verschwindet und zweitens wird die von der aggegierten Materie emittierte Strahlung mit zunehmender Annäherung an den Ereignishorizont immer energiereicher, so daß die Rotverschiebung teilweise kompensiert wird. Anstelle eines langsam in den langwelligen Bereich verschobenen Bildes der verschwindenden Gaswolke sieht man also einen hellen Blitz („Todesschrei der Materie“) und dann eine schlagartige Abnahme der Strahlungsintensität. Bei einem Neutronenstern würde dem Blitz dagegen ein exponentielles Abklingen der Strahlung folgen (die wegen des Wienschen Verschiebungsgesetzes übrigens auch immer langwelliger wird).
Stimmt es nicht auch, dass die SLs wieder verdampfen? (lt. Hawking) Irgendwann gäbe es dann vermutlich wieder einen kleinen „Urknall“, oder? Weil plötzlich der Entartungsdruck (nach Pauli?) mancher Teilchen größer als die Gravitation wäre?
Herbert
Interessant ist in diesem Zusammenhang die Frage, wie sich das Universum nach dem Urknall überhaupt erst ausdehnen konnte. Wenn das Universum unmittelbar nach dem Urknall wirklich sooo klein war, dann war es doch, von „außen“ betrachtet, ein riesiges schwarzes Loch mit einem Schwarzschildradius von 50-100 Lichtjahren (?) und hätte diese Größe eigentlich niemals überschreiten dürfen; hat es das überhaupt jemals ? oder befinden wir uns noch immer innerhalb eines schwarzen Loches ???.
grübelt Jörg
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Wenn das Universum unmittelbar nach dem Urknall wirklich sooo
klein war, dann war es doch, von „außen“ betrachtet, ein
riesiges schwarzes Loch mit einem Schwarzschildradius von
50-100 Lichtjahren (?) und hätte diese Größe eigentlich
niemals überschreiten dürfen; hat es das überhaupt jemals ?
Um ein schwarzes Loch zu verlassen muß man sich mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen und genau das hat das Universum getan. Die Expansion des Raumes erfolgte während der Inflation mit einem Vielfachen der Lichtgeschwindigkeit, so daß die Masse des Universums ihrem eigenen Ereignishorizont entkommen konnte.
Inflation
Um ein schwarzes Loch zu verlassen muß man sich mit
Überlichtgeschwindigkeit bewegen und genau das hat das
Universum getan. Die Expansion des Raumes erfolgte während der
Inflation mit einem Vielfachen der Lichtgeschwindigkeit, so
daß die Masse des Universums ihrem eigenen Ereignishorizont
entkommen konnte.
hm…
Die Inflationstheorien (die erste von Allan Guth 1981… bis zu den neueren Überlegungen von Andrei Linde) haben keineswegs den Zweck, ein escape-scenario zu erklären aus einer black hole Phase des gesamten Universums, sondern vielmehr die paradoxe Tatsache zu erklären, wieso die Krümmungskonstante des Universums heute so nah bei 0 liegt. Diese Inflation bewirkte also nach dieser Theorie lediglich die Flachheit der Geometrie des Universums.
Sie hatte also keine mit Überlichtgeschwindigkeit (im Sinne einer Relativgeschwindigkeit) expandierende Materie zur Folge. Deshalb widerspricht sie ja auch nicht dem Postulat der Grenzgeschwindikeit von c.
Wenn (je nach Infaltionsmodell) das Universum in 10-24 sec bei einer Größe von 10^-35 cm sich um einen Faktor 10^9 aufbläht (bubble-modell), ist es immer noch nur 10^-24 cm „groß“. Das hat mit einem hypothetischen Ereignishorizont des Universums wenig zu tun…
Ein black hole ist vielmehr ein LOKALER entarteter Zustand innerhalb einer materie/energiegefüllten Raumzeit. Es ist also immer „eingebettet“ in eine Raumzeit, deren Krümmung nicht entartet ist. Das Universum in toto (zumindest nicht das Friedmann-Robertson-Walker-Universum und das deSitter-Universum) ist aber nicht mehr eingebettet in eine externe Raumzeit: d.h. die räumlichen und zeitlichen Größen in einer Robertson-Walker-Metrik haben nicht die Bedeutung einer „äußeren“ Größe, bzw. einer „äußeren“ Dauer, so, als ob es einen externen Beobachter der Entwicklung des Unversums gäbe. Deshalb ist es immer ein wenig problematisch (und in der physikalischen Kosmologie heftig diskutiert), von einem „Alter“ des Universums zu sprechen, zumal in der Nähe der (in einem thread unten diskutierten) Planck-Ära die Begriffe des „Alters“ und der „Gesamtgröße“ eh ihren üblichen physikalischen Sinn verlieren. Die 10^-43 sec und die 10^-33 cm sind nur „intrinsische“ Größen.
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die SLs, saugen die Materie in ihrer Umgebung ab - aber da die
Gravitation ja mit dem Abstand kleiner wird, saugen sie nur
da, wo nicht irgendetwas anderes eine gr"ossere Anziehung hat
- wir werden wohl niemals von einem SL am anderen Ende der
Milchstrasse aufgesaugt.
hallo Gnlwth,
so ganz leuchtet mir das noch nicht ein. Wenn nichts das schwarze Loch verlassen kann, muss sich doch mit jedem aufgesaugten Stern-, Gaswolke- oder was auch immer, seine Gravitationskraft vergroessern und sich folglich der Radius des „last stable orbit’s“ ausdehnen. Auch fuer die Materie die (noch) ausreichend weit von dem schwarzen Loch entfernt ist, sollte es dann nur eine Frage der Zeit sein, bis sie von diesem staerker angezogen wird als von anderen Massen. Sollte es nicht so sein wie Herbert unten anmerkte (oder fragte), dass SL’s irgendwann verdampfen- oder sich auf eine andere Art selbst vernichten, finde ich es nachwievor zwingend, dass alles irgendwann in schwarzen Loechern endet. Zumindest innerhalb eines Systems wie der Galaxie .
Gruss Marcus
Abgesehen davon gibt es nicht nur den Ereignishorizont,
sondern auch einen (etwas gr"osseren) Radius, den man ‚‚last
stable orbit‘‘ nennt - wie der Name schon sagt, Zeug, was sich
vor dem last stable orbit um das SL bewegt, f"allt nicht
zwangsl"aufig rein - ausser, es verliert aus irgendwelchen
Gr"unden Drehimpuls, z.B. durch Reibung.
Was die Kerne Aktiver Galaxien angeht (das Zentrale Monster
(!)) - die saugen nicht die Galaxie auf, weil die im
Normalfall dynamisch stabil ist, und sie saugen nicht andere
Galaxien auf, weil das Universum ja expandiert, die Galaxien
bewegen sich also voneinander weg (w"are dieDichte gr"osser
als die kritische Dichte, dann h"attest Du recht, dann w"urde
das Weltall nach einer Zeit der Expansion umkehren, und alles
w"urde wieder auf einen Punkt zur"uckkommen - der Big Crunch,
der sich aber quantenmechanisch und thermodynamisch vom Big
Bang unterscheidet, es ist nicht einfach die Zeitumkehr
desselben).
Wenn zwei galaxien zusammenstossen, dann kann es sein, dass
das Gas der Galaxie ins Zentrum st"urzt, und dort (vielleicht
ein SL bildet). Die Sterne tun das nicht, denn sie sind ein
stossfreies Gas.Also, das bl"uht uns wohl eher nicht.
Wenn nichts das
schwarze Loch verlassen kann, muss sich doch mit jedem
aufgesaugten Stern-, Gaswolke- oder was auch immer, seine
Gravitationskraft vergroessern und sich folglich der Radius
des „last stable orbit’s“ ausdehnen.
Der „last stable orbit“ dehnt sich aber viel langsamer aus, als der leere Raum um das schwarze Loch. Wenn die gesamte Materie innerhalb dieses Radius gefressen wurde, ist das schwarze Loch auf Hilfe von außen angewiesen, um weitere Masse zu aggregieren. Von außerhalb dieses Radius kann die Masse nämlich nur nach innen wandern, wenn sie Drehimpuls abgibt. Die Masse, welche diesen Drehimpuls aufnimmt wandert aber zwangsläufig nach außen und entkommt dem schwarzen Loch endgültig.
Sollte
es nicht so sein wie Herbert unten anmerkte (oder fragte),
dass SL’s irgendwann verdampfen- oder sich auf eine andere Art
selbst vernichten
Es ist aber so. Das dauert allerdings verdammt lange, weil die Hawkinstrahlung um so geringer wird, je größer das schwarze Loch ist.
1 „Gefällt mir“
keine Grenzüberschreitung
Sie stürtzt ewig
nur AUF den Horizont ZU (wobei alle Signale ad infinitum
rotverschoben ankommen).Richtig, aber erstens konvergiert die Wellenlänge so schnell
gegen unendlich, daß die Materie aus unserer Sicht plötzlich
verschwindet
Richtig, aber
daß die Wellenlänge gegen unendlich divergiert (und damit die Materie sich der Beobachtung entzieht) hat nichts damit zu tun, daß die auf den Horizont fallende Materie für das EXTERNE BeobachterSYSTEM den Horizont nie erreicht - und darum ging es ja bei meiner Anmerkung…
und zweitens wird die von der aggegierten Materie
emittierte Strahlung mit zunehmender Annäherung an den
Ereignishorizont immer energiereicher, so daß die
Rotverschiebung teilweise kompensiert wird.
Auch richtig, aber die Rotverschiebung der Lichtsignale der Materie wird nicht „kompensiert“ durch diese Beschleunigungsstrahlung (eine Art Synchrotronstrahlung). Die letztere kommt allerdings hinzu…
Auch diese von dir erwähnten Effekte ändern nichts daran, daß die populistische Ausdrucksweise „beobachten, wie (oder daß) Materie in das Schwarze Loch stürtzt“ eine falsche Vorstellung erzeugt… die Grenze wird nur im Eigensystem der fallenden materie überschritten…
Gruß
M.G.
Sollte
es nicht so sein wie Herbert unten anmerkte (oder fragte),
dass SL’s irgendwann verdampfen- oder sich auf eine andere Art
selbst vernichtenEs ist aber so. Das dauert allerdings verdammt lange, weil die
Hawkinstrahlung um so geringer wird, je größer das schwarze
Loch ist.
Wenn ich mich jetzt nicht irr, frühestens in der Größenordnung von 10^100 Jahren, also daurt es tatsächlich verdammt lange…
Herbert
Zunahme der Masse??
Hallo Gnlwth ,
wie ich sehe, findet hier eine Diskussion zwischen Fachleuten statt - interessant auch für einen interessierten Laien.
Über das Milchstrassenzentrum habe ich in einem Vortrag gehört, allerdings von einer geringeren Sterndichte (Zahlen habe ich vergessen), so dass manche Astronomen auch eine sehr kompakte Ansammlung von Sternen für möglich halten.
Einen Aspekt habe ich in der ganzen Diskussion - auch im Brett „Naturwissenschaften allgemein“ zur Frage von Thomas Millack - nicht gefunden: den der „Massenzunahme“ bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit. Kann man da was zu sagen? Hat das eine Bedeutung?
Gruss, Stucki
Anthropische Prinzip
Hallo Metapher,
diese Stelle meines Antwortpostings ist nicht ganz glücklich, dient nur als „Aufhänger“, damit’s direkt zu Dir kommt.
In einem Antwortposting im Brett „Naturwissenschaften allgemein“ zur Frage von Thomas Millack nanntest Du das „Anthropische Prinzip“ von Barrow/Tippler.
In „Viewegs Geschichte der Astronomie und Kosmologie“ von John North habe ich vom „schwachen“ und „starken anthropischen Prinzip“ gelesen. Letzteres wurde von Brandon Carter so genannt. Ist das das, was Du meintest? Oder gibt’s da eine Begriffsvielfalt? Das Ganze scheint mir eher eine philosophische als naturwissenschaftliche Formulierung/Denkrichtung.
Gruss, Stucki