Schwarze Löcher

[julian apostata]

Könnte sich Leben auf dem Ereignishorizont eines schwarzen Loches entwickeln?

Wenn sich Hohlkugeln um massereiche schwarze Löcher bilden würden, so spräche nichts dagegen. Jedoch erstens mal bilden sich keine Hohlkugeln um derart massereiche Punkte und dann kommt noch hinzu:

Nicht nur erhöhte Schwerkraft wäre ein Problem für den menschliche Organismus, allein schon den Sturz in ein schwarzes Loch würde fatale Folgen haben, noch lange bevor der Ereignishorizont erreicht würde.

Man betrachte sich nur mal die Formeln (a) und (b) und eliminiere wieder M*G, woraus sich dann (c) ergibt.



Für die Sonne ergäbe das folgende Gezeitenkraft: [(300 000 km/s)/(3km)]^2, das macht nach Adam Riese 10 Milliarden /Sekundenquadrat!

Okay, mir ist bewusst, dass manche Leser hier sich unter einem Kehrwert eines Sekundenquadrates vielleicht gar nichts vorstellen können, deswegen folgender Vergleich:

Wir verbinden 2 Kilos mit einer ein Meter langen Schnur. Das Ganze Gebilde schicken wir senkrecht über einen Ereignishorizont einer Sonnenmasse hinüber.

Dann spannt sich die Schnur mit folgender Kraft.

10 Milliarden kg*m/s²=10 Milliarden Newton~1 Milliarde Kilopond

[Thomas W. Riker]

AFAIR jagen einige Sterne mit mehreren Prozent der Lichtgeschwindigkeit um das Zentrum unserer Milchstrasse rum. Wie soll man die Gravitationswirkung anders erklären, als mit einem supermassiven schwarzen Loch?

Ich will obigen Beitrag mal ergänzen mit dem 5000km/sec schnellen Stern der das Zentrum unserer Galaxie in 15,2 Jahren umkreist.

http://de.wikipedia.org/wiki/S2_(Stern)

Und gerade vorhin gefunden:

http://www.tagesschau.de/ausland/schwarzesloch112.html

Edit:
Wieder entfernt, da falscher Thread

[Thomas W. Riker]

Selbst Rote Riesen-Sterne sind nicht überall sicher:

Seltenes Schauspiel: Schwarzes Loch verschlingt Stern Magazin Nachrichten / NP - Neue Presse

[Achilles]

Ein unglaublich interessantes Thema; diesen Bericht habe ich geradezu verschlungen.

Offenbar weiß man heute schon wesentlich besser über die Schwarzen Löcher Bescheid. Sie galten ja lange Zeit als reine astronomische Theorie.

Gibt es eigentlich ein empfehlenswertes und aktuelles Buch über die Schwarzen Löcher? Immer nur Links zu folgen ist auf Dauer doch etwas anstrengend.

[Thomas W. Riker]

Hoffentlich hast Du nicht auch den Roten Riesen verschluckt Möglicherweise findest Du was passendes, wenn Du Dich durch

Science-Shop

durcharbeitest. Dort sind alle Bücher, die in Sterne und Weltraum rezensiert wurden.

[Amelissan]

Ein unglaublich interessantes Thema; diesen Bericht habe ich geradezu verschlungen.

Offenbar weiß man heute schon wesentlich besser über die Schwarzen Löcher Bescheid. Sie galten ja lange Zeit als reine astronomische Theorie.

Gibt es eigentlich ein empfehlenswertes und aktuelles Buch über die Schwarzen Löcher? Immer nur Links zu folgen ist auf Dauer doch etwas anstrengend.

Halte dich da zumindest nächstes Jahr vielleicht mehr Richtung Fachartikel (die nicht zu fachlichen ).
Es wurde ja heuer eine Molekülwolke entdeckt, die schnurstracks auf das zentrale schwarze Loch unserer Galaxie zufliegt. Nächstes Jahr dürften die ersten "Stücke" dieser Wolke ins schwarze Loch fallen. Aus der resultierenden Strahlung durch Reibung mit akkretierter Materie erhofft man sich hübsche, neue Erkenntnisse über diese Klasse von Objekten.

[Thomas W. Riker]

Auf der Wiki Seite zu schwarzen Löchern ist kaum etwas ganz aktuell, allerdings sind die Quellen dort thematisch stark gestreut.
Hübsch ist folgender link:

Cygnus X-1 ? Wikipedia

[Achilles]

Interessant: Astronomen haben in dem Kugelsternhaufen M22 (Sternbild Schütze) gleich 2 schwarze Löcher entdeckt. Bis dato war man der Auffassung, dass es – falls überhaupt – nur ein einziges im Zentrum eines Kugelsternhaufens geben könne.

Wissenschaftler entdecken zwei Schwarze Löcher in Kugelsternhaufen - SPIEGEL ONLINE

[Thomas W. Riker]

Mit jeweils ca 20 Sonnenmassen sind dies zwar nur "normale" schwarze Löcher, allerdings dürften die beiden schwarzen Löcher in einem Sternhaufen mit 80.000 Sternen in einem Durchmesser von nur 97 Lichtjahren ganz schön für Unordnung sorgen. M22 ist übrigens der hellste von Europa mit bloßen Augen sichtbare Kugelsternhaufen.

Messier 22 ? Wikipedia

(Im link ein hoch aufgelöstes Bild des Hubble-Teleskops, immerhin 9,87 MB)

[Liopleurodon]

Den Schwarzen Löchern wird die Zukunft gehören. Auf sehr lange Sicht werden Schwarze Löcher die einzigen massiven Objekte sein, die in einem sich ewig ausdehnenden Universum übrig bleiben; nachdem der Protonenzerfall unsere "normale" Materie zerstört hat und auch die Neutronensterne von Schwarzen Löchern verschluckt wurden oder sich selbst (durch Massenanhäufung über die kritische Grenze hinaus) zu Schwarzen Löchern umgewandelt haben werden.

Gut nachzulesen übrigens in

Fred Adams & Greg Laughlin: The Five Ages of the Universe. Inside the Physics of Eternity.

http://www.amazon.de/Five-Ages-Universe-Physics-Eternity/dp/0684865769/ref=sr_1_1?s=books-intl-de&ie=UTF8&qid=1349293117&sr=1-1

Nach der kurzen Primordialen Ära (10^-50 bis 10^5 Jahre nach dem Urknall) leben wir aktuell in der Sternenära (ca. 10^6 bis 10^14 Jahre nach dem Urknall). Dies ist die Zeit der Materie, wie wir sie kennen und aus der wir bestehen, mit leuchtenden Sternen und anständigen Planeten und so. Doch irgendwann ist auch der letzte Stern erloschen und es verbleiben eisige Planeten (viele ohne Zentralgestirn), Weiße Zwerge, erkaltete Braune Zwerge, Neutronensterne und Schwarze Löcher. Es ist die Ära der Degenerierten Materie (ca. 10^15 bis 10^39 Jahre nach dem Urknall). Weiße Zwerge können noch eine Weile von der Aufnahme und der Annihilation Dunkler Materie als Energiequelle zehren, doch selbst damit erreichen sie nur noch ein diffuses Abbild ihrer einstigen Helligkeit. Sehr vereinzelt können durch den Zusammenstoß zweier Schwarzer Löcher noch einmal Wolken "normaler" Materie entstehen, doch die endgültige Transformation des Universums kann auch dieser Prozess nicht aufhalten. Wenn auch die Dunkle Materie weitgehend aufgebraucht ist, bleibt der Protonenzerfall die einzige Energiequelle der Weißen Zwerge. Ein durch Protonenzerfall angetriebener Zwerg würde insgesamt mit ca. 400 Watt strahlen - nur so viel wie ein paar Glühbirnen zusammen. Eine ganze Galaxie solcher Zwergsterne würde weniger Licht abgeben als ein normaler sonnenähnlicher Stern heute.

Die letzten stellaren Objekte im Universum wären die Schwarzen Löcher. Die Ära der Schwarzen Löcher erstreckt sich von 10^40 bis 10^100 Jahre nach dem Urknall. Sie wird bestimmt durch die langsame Verdampfung dieser Objekte infolge der Hawking-Strahlung. Ein Schwarzes Loch mit der Masse der Sonne bräuchte 10^65 Jahre zum Verdampfen; eines mit der Masse einer ganzen Galaxie 10^98 bis 10^100 Jahre.

Als letztes Zeitalter käme die Dunkle Ära, ab 10^101 Jahren nach dem Urknall. In dieser Ära blieben dem Universum nur Photonen, Neutrinos, Elektronen und Positronen. Elektronen und Positronen könnten sich nun zu einer instabilen Materieform namens Positronium verbinden.

Von dem einst so hellen, energiereichen und lebensfrohen Universum bliebe nur noch dunkle Leere.

[xanrof]

Als letztes Zeitalter käme die Dunkle Ära, ab 10^101 Jahren nach dem Urknall. In dieser Ära blieben dem Universum nur Photonen, Neutrinos, Elektronen und Positronen. Elektronen und Positronen könnten sich nun zu einer instabilen Materieform namens Positronium verbinden.
Von dem einst so hellen, energiereichen und lebensfrohen Universum bliebe nur noch dunkle Leere.

Es gibt z.Zt. 3 Modelle, wie es zuende gehen koennte (nach der Friedmann-LeMaître-Gleichung):

• Offenes Universum: Abkuehlung bis zum abs. Nullpunkt, dabei aber Ausdehnung bis zur Ewigkeit, da die Gravitation nicht ausreicht, um die Expansion zu stoppen.
• Geschlossenes Universum: Gravitation ueberwiegt Expansion
  => grosse Endkontraktion = big crunch
• Flaches Universum: auch Abkuehlung bis zum Nullpunkt, Gravitation bremst Expansion bis zum Stillstand, aber keine Kontraktion.

Mir scheint, die Autoren deines Buches bevorzugen entweder die erste oder die dritte Moeglichkeit? Wird da naeher darauf eingegangen?

[Agent Scullie]

Ist das so? Ein schwarzes Loch besitzt eine endliche Masse in einer endlichen Ausdehnung. Was einer endlichen durchschnittlichen Dichte entsprechen würde. Und ob die Dichte innerhalb inhomogen verteilt ist lässt sich nicht ermitteln. Also woher kommt die Annahme das eine unendliche Dichte vorliegt? Dachte ehr ein schwarzes Loch wäre dadurch definiert, dass es eine kritische endliche Dichte überschreitet, wodurch die Raumzeit im Schwarzschildradius unendlich gekrümmt wäre?

Genauso ist die dichte nicht unendlich groß ,sondern auf jeden Fall so groß ,dass die Gravitation der Masse auch das Licht anzieht und festhält. So müsste unsere Sonne auf einen Durchmesser von 3km und die Erde auf 0.9 Millimeter zusammengepresst werden.

ihr müsst unterscheiden zwischen der Ausdehnung des schwarzen Loches selbst, die durch den Schwarzschildradius gegeben ist, und der Ausdehnung der Materie, die das Gravitationsfeld des schwarzen Loches erzeugt. Diese füllt nämlich nicht das gesamte schwarze Loch aus, sondern ist auf einen unendlich kleinen Punkt im Zentrum des schwarzen Loches komprimiert, und hat damit unendliche Dichte.

Auch wird die Krümmung der Raumzeit nicht am Schwarzschildradius (=Ereignishorizont) unendlich groß, sondern erst im Zentrum. Am Ereignishorizont bleibt die Krümmung endlich. Mathematisch gesprochen wird die Krümmung durch den Riemannschen Krümmungstensor beschrieben. Dieser ist ein sehr kompliziertes Gebilde, aus dem man aber eine sehr einfache Größe, den Kretschmann-Skalar, konstruieren kann. Dieser hat ein 1/r^6-Verhalten, unendlich groß wird er folglich erst bei r=0, im Zentrum des schwarzen Loches.

Der Krümmungstensor leitet sich ab vom metrischen Tensor. Dieser weist, wenn man ihn in Schwarzschildkoordinaten darstellt, bereits am Ereignishorizont, bei r = rs, ein singuläres Verhalten auf. Das aber ist nur eine Eigenschaft der Schwarzschildkoordinaten, man kann andere Koordinatensysteme finden, in denen das nicht passiert.

@Thomas W. Riker

Ich weiß gar nicht ob man überhaupt sagen kann ,dass die Krümmung des Raums unendlich ist. Was meinst du damit überhaupt ?

in der ART wird die Gravitation als Krümmung der Raumzeit beschrieben. Im Zentrum eines schwarzen Loches wird diese Krümmung unendlich groß.


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 42 Minuten und 36 Sekunden:

Der RaumZEIT, Herr Lesch hat das leider in dem Clip auch nur ein mal korrekt gesagt. Die unendliche Krümmung der Raumzeit (übrigens ein Teil der Definition eines schwarzen Loches) wird durch die maximale Dichte der Massen erreicht,egal wie groß ein schwarzes Loch ist: mehr Masse -> größeres schwarzes Loch, aber gleiche Dichte.
[...]
Masse mal 1 Milliarde bedeutet doch Volumen mal 1 Milliarde bei gleicher Dichte und nicht Radius mal 1 Milliarde, oder mache ich da einen Denkfehler?

die Dichte, die du rechnerisch herausbekommst, wenn du die Masse eines schwarzen Loches durch den Schwarzschildradius^3 (also das "Volumen" eines schwarzen Loches) dividierst, ist mitnichten unabhängig von der Größe des schwarzen Loches, sondern wird im Gegenteil mit zunehmender Größe immer kleiner, da der Schwarzschildradius linear mit der Masse anwächst.

Ebenso ist die Gravitation am Ereignishorizont schon maximal. Wenn Licht in sich zurückgebogen wird, obwohl es keine Masse hat (dies ist der Grund für die Lichtgeschwindigkeit des Lichts) und ein SL nicht verlassen kann, dann ist dies das Maximum der Gravitatation.
Was soll ein höherer Gravitationswert bewirken: dass Licht mit Überlichtgeschwindigkeit in das SL zurückgebogen wird ?

hier muss man zunächst festhalten, dass Geschwindigkeiten in einer gekrümmten Raumzeit nicht mehr eindeutig definiert sind. Das gilt auch für die Lichtgeschwindigkeit. Nur die von einem lokalen Beobachter gemessene Lichtgeschwindigkeit - also die Geschwindigkeit, die ein Beobachter misst, der mit dem Lichtsignal in das schwarze Loch fällt - ist wohldefiniert. Um Geschwindigkeiten allgemeiner als nur lokal angeben zu können, muss man ein Koordinatensystem konstruieren. Dieses ist jedoch beliebig, und damit auch die in diesem angegebene Geschwindigkeit.

Ein Beispiel für ein solches Koordinatensystem sind die Schwarzschildkoordinaten. In diesen gilt, dass sich zwei Lichtsignale, die von einem Ereignis knapp außerhalb des schwarzen Loches ausgesandt werden, das eine Signal einwärts auf das schwarze Loch zu, das andere auswärts davon weg, zunächst sehr langsam sind, viel langsamer als die gewöhnliche Lichtgeschwindigkeit. Das einwärts ausgesandte Signal wird, wenn es sich dem Ereignhorizont (EH) annähert, immer langsamer und erreicht den EH nie. Das auswärts emittierte Signal breitet sich vom EH fort aus und wird dabei immer schneller, bis es sich seine Geschwindigkeit in großer Entfernung der gewöhnlichen Lichtgeschwindigkeit annähert. Der Bereich innerhalb des schwarzen Loches kann mit Schwarzschildkoordinaten nicht beschrieben werden, dazu muss man andere Koordinatensysteme bemühen.

Z.B. frei fallende Koordinaten. Das einwärts emittierte Lichtsignal erreicht in diesem tatsächlich Überlichtgeschwindigkeit, allerdings schon außerhalb des EH. Am EH selbst erreicht es 2c, also doppelte Lichtgeschwindigkeit, während ein am EH auswärts abgestrahltes Lichtsignal am EH stehenbleibt, also ruht. Innerhalb des schwarzen Loches fallen beide Signale auf die zentrale Singularität zu, das einwärts emittierte dabei stets schneller als das auswärts ausgesandte. Nahe an der Singularität erreichen beide hohen Überlichtgeschwindigkeiten (auf die Singularität zu).

Oder Kruskalkoordinaten (u,v). Hier ist es die Lichtgeschwindigkeit betreffend ziemlich langweilig. Die beiden Signale, das einwärts und das auswärts emittierte, haben stets Lichtgeschwindigkeit, das einwärts emittierte nach innen hin, auf u=0 zu, das auswärts emittierte nach außen hin, von u=0 fort. Und war auch dann, wenn beide innerhalb des schwarzen Loches ausgesandt werden. Dass das auswärts emittierte Signal aber dennoch das schwarze Loch nicht verlassen kann, liegt daran, dass der EH in diesen Koordinaten keine statische Angelegenheit ist, sondern sich ausdehnt, und zwar mit Lichtgeschwindigkeit. Das auswärts emittierte Signal kann den EH nicht einholen, und kommt deswegen nicht aus dem schwarzen Loch heraus. Ebenso kann es nicht vermeiden, in der Singularität zu enden, diese befindet sich in Krukalkoordinaten nämlich nicht "im Zentrum" bei u=0, sondern in der Zukunft:

Kruskal-Szekeres-Koordinaten ? Wikipedia

Die Gravitation ist nicht "mindestens", sondern genauso stark, dass das Licht zurückgehalten wird. Ein höherer Gravitationswert macht keinen Sinn, weil es das Maximum der gravitativen Leistungsfähigkeit ist.

tja, was ist denn das, ein "Gravitationswert"? Und was soll eine "gravitative Leistungsfähigkeit" sein?
Die ART kennt eine Reihe mathematischer Konstrukte, die das Gravitationsfeld beschreiben. Da wäre zum einen der metrische Tensor. In Schwarzschildkoordinaten tritt in diesem der Ausdruck 1-rs/r bzw. dessen Kehrwert 1/(1-rs/r) auf. Bei r=rs, d.h. am Schwarzschildradius, wird der Ausdruck null und der Kehrwert unendlich. Dieser Kehrwert betrifft aber nur eine der 10 unabhängigen Komponenten des metrischen Tensors - eigentlich ein bisschen wenig, um als "der Gravitationswert" durchzugehen. Noch dazu tritt er nur in Schwarzschildkoordinaten auf, in anderen Koordinaten sieht der metrische Tensor ganz anders aus.

Dann wären da noch die Christoffelsymbole und der Krümmungstensor. Das sind jedoch komplizierte Gebilde mit noch mehr Komponenten, als sie der metrische Tensor hat. Ein Kandidat wäre vielleicht der Kretschmann-Skalar, der aus dem Krümmungstensor gebildet werden kann. Er beschreibt das Gravitationsfeld zwar nicht vollständig, aber gibt über die eine oder andere wichtige Eigenschaft Auskunft. Der Kretschmann-Skalar aber erreicht sein Maximum nicht am Schwarzschildradius, sondern im Mittelpunkt des schwarzen Loches.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 4 Minuten und 3 Sekunden:

Wenn es dir um den Ereignishorizont geht dann schau dir mal die String-Theorie an . Beim Ereignishorizont kommst du nämlich mit der Relativitätstheorie ( SRT & ART) nicht klar.

doch, kommt er. Jedenfalls wenn das schwarze Loch groß genug ist, so dass die aus (Masse) / (Schwarzschildradius)³ errechnete Dichte weit unterhalb der Planck-Dichte von 10^94 g/cm³ liegt. Erst in der Nähe von dieser werden Quantengravitationseffekte relevant.

[Thomas W. Riker]

Was geradezu unvorstellbar ist:

Die gesamte Masse des derzeit beobachtbaren Universums würde nicht ausreichen, um ein Planck-Volumen mit Planck-Dichte auszufüllen.
Damit ist dies nicht für supermassive schwarze Löcher in Zentren von Galaxien und erst recht nicht für "normale" schwarze Löcher möglich.

[Halman]

Was geradezu unvorstellbar ist:

Die gesamte Masse des derzeit beobachtbaren Universums würde nicht ausreichen, um ein Planck-Volumen mit Planck-Dichte auszufüllen.
Damit ist dies nicht für supermassive schwarze Löcher in Zentren von Galaxien und erst recht nicht für "normale" schwarze Löcher möglich.

Wie kommst Du denn darauf? Die Planck-Dichte ist endlich und somit kleiner als die unendliche Dichte von Singularitäten. Betrachtet man Schwarze Löcher klassisch, mit nulldimensionalen Singularitäten im Zentrum, so überschreiten sie stehts die Planck-Dichte.

[Thomas W. Riker]

Das massereichste bisher bekannte stellare schwarze Loch in der Zwerggalaxie IC 10 hat maximal 33 Sonnenmassen.

33x Sonnenmasse (1,989x10^30kg) = 65,637 x 10^33g

Dies ist viel zu wenig Masse um auch nur ein Planck-Volumen (4,22419 x 10^-105 m³) auf Planck-Dichte (5,155 x 10^96kg x m^-3) zu verdichten.

Entweder ist also ein schwarzes Loch dichter als Planck-Dichte und viele Zehnerpotenzen kleiner als ein Planck-Volumen oder schon bei der Größe eines Planck-Volumens viele Zehnerpotenzen weniger dicht als die Planck-Dichte.

Welchen Sinn macht es sonst, die Planck-Einheiten zu benutzen, wenn diese um unendliche Zehnerpotenzen unter- oder überschritten werden?

Wo ist der reale Unterschied, wenn bei schwarzen Löchern das Planck-Einheiten-System als Grenze bleibt?