Schwarze Löcher
Ein Vortrag von Ioannis Bouras
Was stellen wir uns unter SL‘s vor?
Kompakte Objekte Singularität Raumkrümmung Lichtablenkung
ART – Die zentrale Theorie der SL‘s
Die Lichtgeschwindigkeit hat im Vakuum zu allen Zeiten und zu allen Orten den konstanten Wert c
Das Äquivalenzprinzip:
Alle physikalischen Gesetze und Resultate aller Experimente sind in allen beschleunigten gegeneinander bewegten Systemen gleich.
Besonderheiten der ART
Man spricht von einer Raumzeit. Es gibt keine absolute Zeit! Die Zeit verläuft in der Nähe von
großen Massen langsamer.
Der Raum ist nicht euklidisch, er kann gekrümmt sein. Die Bewegung verläuft auf Geodäten (kürzeste Verbindung).
Die Einsteinschen Feldgleichungen
Die Feldgleichungen Ein System von 10 nicht-linearen Dífferentialgleichungen 2. Ordnung
TRgR 2
1
Lösungen der Einsteingleichungen
Die Schwarzschildlösung
Vakuumlösung Kugelsymmetrisch Statisch Punktsingularität
Dabei ist der Schwarzschildradius
²²²1²1²1
drdrr
rdt
r
rds ss
²
2
c
GMrs
Lösungen der Einsteingleichungen
Die Kerrlösung (in Boyer-Lindquist-Koordinaten)
Vakuumlösung; Rotationssymmetrisch; Ringsingularität
Rotation 2Horizonte, Ergosphärea = -M maximale Retogradea = M maximale Progradea = 0 keine Rotation, Schwarzschild-LsgAschenbachlimit bei M = 0,996 Kosmische Zensur
²²²²
)²²(~²²² ddrdtddtds
Bevorzugung von Kerr-Lösung
Die Rotation in Schwarzen Löchen erklärt einige Phänomene wie z.B.: die Jets, welche in supermassiven SL´s vorkommen.
Vergleich der Lösungen
Lösungen für geladene SL‘s
Reissner-Nordström Kerr-Newman
No-Hair-Theorem vom Wheeler
Die Eigenschaften von SL´s : Masse; Drehimpuls; Ladung;
Kosmische Zensur
Von Roger Penrose:
Die Kosmische Zensur besagt, dass intrinsische („nackte“) Singularitäten hinter einem Ereignishorizont versteckt sind.
Singularitäten können somit nicht direkt beobachtet werden.
Innere Schwarzschildlösung
Keine Singularität,
sondern inkompressible Flüssigkeit
Die Massendichte ist zeitlich konstant.
Keine Vakuumlösung 0T
Innere Schwarzschildlösung
Innere und äußere Schwarzschildlösung zusammen ergeben die gesamte Schwarzschildlösung
Vorteil?
Der Vorteil liegt auf der Hand:
Es gibt keine Singularität!!
Versuch, eine interne Kerr-Lösung zu erschaffen, welche keine Singularität enthält, ist bislang noch nicht erfolgt.
Weitere Lösungsmöglichkeiten sind Gravasterne und Holosterne, welche keine Singularität aufweisen.
Klassifikation von SL‘s
Es gibt mehrere Möglichkeiten und Typen von Schwarzen Löchern
Primordiale SL‘s Stellare SL‘s Massereiche SL‘s Supermassive SL‘s
Primordiale SL´s
Sehr kleine Massen und Ausdehnung
Entstehung ist spekulativ. In der Anfangsphase des Universums durch Gravitationswellen könnten sie entstanden sein.
Jedoch scheint die Lebensdauer relativ kurz zu sein. Durch die Entstehung von „Hawking-Strahlung“ kann das Loch ziemlich schnell zerstrahlen Gamma-Bursts
Stellare SL´s
Entstehung durch normale Sternentwicklung (Supernovae, Hypernova)
Nach Gravitationskollaps bildet sich eine Singularität Wenn nicht genug Masse, dann
Weisser Zwerg
Neutronenstern
Anm.: Elektronen oder Neutronen entartet (Pauli-Prinzip)
Die Massen betragen bis zu einigen 100 Sonnenmassen
Massive SL´s
Mehrere 10000 Sonnemassen
Vermutung in Zwerggalaxien oder Kugelsternhaufen
Supermassive SL´s
In fast jedem Zentrum der Galaxien ist solch ein Loch vorhanden AGN
Durch starke Akkretion von Plasma leuchten die Zentren der Galaxien
Die Masse betragen Millionen bis Milliarden Sonnemassen
Supermassiver SL‘s
Antihierarchisches Wachstum?
Man hat herausgefunden, dass die Supermassiven SL´s (leuchstarke AGN´s) sich vor den meisten Sternen und leuchtschwachen AGN´s gebildet haben.
Durch Messung der Sternentstehungsrate mithilfe der Rotverschiebung fand man heraus, dass sich die Supermassiven SL´s vor den meisten Sternen entwickelt haben.
Sind SL´s maßgeblich daran beteiligt an der Entwicklung der Galaxien?
Verifikation
Kinematische Kepler
Eruptive Stern durch Gezeitenkräfte zerrissen Röntgenflares
Abberative Gravitationslinse
Akkretive Gasaufheizung
Gravitationswellen
Neue Theorien zu SL‘s
Weiter Lösungen mithilfe der Quantengravitation und Stringtheorie
Gravasterne und Holosterne
Statisch Keine Rotation Kugelsymmetrisch Äussere Metrik ist klassische SSM Keine Singularität Keine Ereignishorizont Entropieproblem gelöst
Gravasterne
Holostern
Fazit
Es gibt noch vieles über Schwarze Löcher herauszufinden…….
Literatur
Astrolexikon Andreas Müller Astro-SL Skript von Andreas Müller Skript Astro 1-3 von Prof. Dr. Boller Gravitation und Kosmologie – R.U.Sexl und
H.K. Urbantke Skript Prof. Dr. C. Greiner ART