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Schwarze Löcher sind reine Geometrie

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<strong>Schwarze</strong> <strong>Löcher</strong><br />

Max Camenzind<br />

Senioren Uni<br />

Würzburg SS 2013<br />

Avery Broderick


Rettung vor dem SLoch<br />

Nichts auf der Welt kann mich retten


Antworten auf Fragen …<br />

• Was ist ein <strong>Schwarze</strong>s Loch überhaupt?<br />

• Wer hat sie erfunden?<br />

• Was ist ein <strong>Schwarze</strong>s Loch nicht?<br />

• Wie entstehen <strong>Schwarze</strong> <strong>Löcher</strong>?<br />

• Auch <strong>Schwarze</strong> <strong>Löcher</strong> rotieren!<br />

• Was haben SL mit Thermodynamik zu tun?<br />

• Wo finden wir sie im Universum?<br />

• Kann der Large-Hadron-Collider (LHC) am<br />

CERN <strong>Schwarze</strong> <strong>Löcher</strong> erzeugen?


Ein isoliertes <strong>Schwarze</strong>s Loch<br />

ist ein echtes Loch im Raum,<br />

Durch Horizont begrenzt: Radius ~ 20 km<br />

Gravitationsfeld im Außenbereich ~ Sonne<br />

Ausdehnung ~ Asteroid<br />

Masse ~ 10 x Sonne


Der RaumZeit-Strudel<br />

Licht wird immer röter


Analogie - Der Wasser-Strudel<br />

Wasser fließt mit Überschall ins Loch<br />

auch Fische können nicht mehr kommunizieren


Buchen Sie eine Reise zum SL!


… z.B. zu Andromeda


SL vor Andromeda<br />

~ 50 km Durchmesser


Zur Geschichte der SL<br />

• 1783 John Michell (im Rahmen der Newtonschen Theorie)<br />

<br />

erste dokumentiere Spekulation über kompakte<br />

Objekte, die selbst das Licht vollständig anziehen.<br />

• 1905 Spezielle Relativitätstheorie (Einstein)<br />

<br />

die Begriffe Raum und Zeit werden neu verstanden<br />

• 1915 Allgemeine Relativitätstheorie (Einstein)<br />

<br />

Gravitation kann als geometrische Krümmung von<br />

Raum und Zeit verstanden werden.<br />

• 1916 Schwarzschild-Lösung (Karl Schwarzschild)<br />

Einfaches statisches metrisches Element: M.<br />

• 1963 Rotierende <strong>Schwarze</strong> <strong>Löcher</strong> (Roy Kerr)<br />

Achsensymmetrische Lösung der Einstein-<br />

Gleichungen nur 2(3) freie Parameter: M, J H<br />

2008 Quantisierte <strong>Schwarze</strong> <strong>Löcher</strong> (L. Modesto)


Isaac Newton, A Treatise of the System of the World, London (1728)<br />

Körper so<br />

kompakt<br />

<br />

Entweichgeschwindigkeit<br />

V = c<br />

V = (2GM/r) 1/2<br />

r = R S = 2GM/c²<br />

Gilt Newton<br />

für V = c ?<br />

natürlich nicht!<br />

Nur SR & ART<br />

http://www.jnul.huji.ac.il/dl/mss/newton/


Was ist ein <strong>Schwarze</strong>s Loch?<br />

• <strong>Schwarze</strong>s Loch ist kein Stern !<br />

• Stern ist ein Objekt im<br />

hydrostatischen Gleichgewicht<br />

zwischen Gravitation und<br />

Druckkräften.<br />

Ein <strong>Schwarze</strong>s Loch benötigt<br />

keine Materie nur Feld !<br />

Globale Lösung der Einstein<br />

Vakuum Feldgleichungen mit<br />

R ik = 0 Innere ist „Nichts“ ! Der<br />

Physiker meint „Vakuum, Feld“.


<strong>Schwarze</strong>s Loch ist kein Stern !<br />

Hydrostatisches Gleichgewicht<br />

Gravitation<br />

Gasdruck


Nach 3 Mio J ahren<br />

Supernova<br />

+ rotierendes SL<br />

a ~ 0,6 – 0,98<br />

> 25 Sonnen-<br />

Mass en Stern<br />

SL <strong>sind</strong> „alternativlos“:<br />

SL entstehen als<br />

Endprodukt der<br />

Sternentwicklung<br />

Massereicher Sterne;<br />

Neutronensterne < 2,0 M S


Das jüngste <strong>Schwarze</strong> Loch ?<br />

1000 Jahre alt<br />

7100 LJ entfernt<br />

Gamma Burster?<br />

entstehen nur alle 10.000 Jahre


SNÜberreste <strong>sind</strong> rund – SN1006<br />

Normale SN<br />

entstehen alle 100 Jahre<br />

Bild: NASA/Chandra


Wie ist ein <strong>Schwarze</strong>s Loch definiert?


Raum<br />

Denken Sie vier-dimensional!<br />

Dies ist eine RaumZeit ohne Gravitation<br />

ds² = c² dt² - dx² - dy² - dz²<br />

Zeit


RaumZeit Sternkollaps<br />

Core eines massereichen<br />

Sterns kollabiert auf SL in ms<br />

r = 0 gibt es nicht! Quantengravitation:<br />

Materie wird in Gravitation umgewandelt!


<strong>Schwarze</strong>s Loch = RaumZeit-Null-Röhre<br />

Zeit<br />

Asymptotisch flach<br />

Global Vakuum<br />

Raum<br />

Grafik: Samuel E. Gralla, Alexandre Le Tiec; arXiv:1210.8444


RaumZeit Sternkollaps<br />

Alle Unregelmässigkeiten,<br />

außer Masse und Drehimpuls,<br />

werden als GWellen abgestrahlt


„<strong>Schwarze</strong> <strong>Löcher</strong> haben nur 2 Haare“<br />

• Schwarzschild (1916)<br />

{Masse M}<br />

• Reissner-Nordstrom<br />

{M, Ladung Q}<br />

• Roy Kerr (1963)<br />

{Masse M, Spin a}<br />

• Kerr-Newman<br />

{M,a,Ladung Q}<br />

X<br />

J.A. Wheeler 1967:<br />

„Glatzen-Satz =<br />

No Hair Theorem“


Wer hat sie gefunden ?<br />

Karl Schwarzschild 1916 Roy Kerr *1934, 1963, 2013<br />

“Kiwi scientist wins Einstein Medal“


Die Schwarzschild Lösung 1916<br />

R ab = 0 R 2 323 = (2GM/rc²)/r² singulär<br />

M : Masse des Objektes aus Gravitationskraft<br />

Horizont r = 2GM/c² : Metrik singulär<br />

wird durch Koordinaten wegtransformiert<br />

r = 0: echte Singlurarität: Krümmung unendlich


Ereignishorizont<br />

Anatomie eines<br />

Schwarzschild<br />

<strong>Schwarze</strong>n Lochs<br />

Vakuum<br />

Singularität<br />

Vakuum<br />

R S : Schwarzschild Radius<br />

R S = 3 km M/M S<br />

G : Gravitationskonstante<br />

c : Lichtgeschwindigkeit<br />

M : Masse des SL


Schwarzschild Gezeitenkräfte<br />

Laterale<br />

Quetschung<br />

Radiale<br />

Streckung


Bewegung eines Planeten<br />

Kepler-Bahnen nicht mehr geschlossen


R. Kerr 1963: Masse M, Drehimpuls a<br />

Masse beliebig, a beschränkt ; a = J H /M<br />

Hilfsfunktionen (Polynome): G = 1 = c<br />

Horizont r = const Fläche D(r H ) = 0 :<br />

|a| < GM/c ; a = GM/c max. Rot.<br />

Frame-<br />

Dragging<br />

Potenzial


Struktur<br />

des<br />

rotierenden<br />

<strong>Schwarze</strong>n<br />

Lochs<br />

a > 0<br />

Ergoregion: alle Objekte<br />

müssen gegen<br />

Fixsterne rotieren<br />

Ereignishorizont<br />

Vakuum<br />

Singularität<br />

Vakuum


Anatomie eines max. Kerr Lochs<br />

Extremes<br />

Kerr-Loch<br />

a = GM/c<br />

Ergosphäre<br />

Horizont<br />

Schwarzschild<br />

Ring-<br />

Singularität<br />

Vakuum<br />

r/r g<br />

Vakuum<br />

Alles rotiert mit<br />

Äquatorebene<br />

r/r g<br />

Statische Grenze<br />

r g = GM/c² = 1,5 km M/M S


Schnitt durch Äquator<br />

Innerer Horizont<br />

Ring-Singularität<br />

Ergoregion<br />

Lichtkegel werden in<br />

Rotationsrichtung gedreht<br />

Ereignis-Horizont<br />

r = r H<br />

Rand der<br />

Ergosphäre


<strong>Geometrie</strong> des Horizontes 1<br />

Hor = Seifenblase:<br />

ds² = r² dq² + R² df²<br />

Fläche:<br />

A H = 8p GM/c² r H<br />

dA H > 0, wenn<br />

da < 0 (Hawking 1970).<br />

„Fläche nimmt zu,<br />

wenn das Loch<br />

abgebremst wird“<br />

a=0 größte Fläche. Quadrupolmoment Q = M a²


<strong>Geometrie</strong> des Horizontes 2<br />

Hor = Seifenblase:<br />

Hor rotiert starr:<br />

W H = a c/2r H<br />

P H = 4p r H /(ca)<br />

konst Gravitation<br />

k = c² (r H – r g )/(2r g r H )<br />

r g = GM/c²<br />

k = 0 bei a = 1.


Horizont ist absolut stabil<br />

Hor = Seifenblase:<br />

Kann nicht<br />

zerstört werden.<br />

Kann in<br />

Schwingung<br />

versetzt werden<br />

werden als<br />

Gravitationswellen<br />

abgestrahlt.


Stern erzeugt Tiden auf Horizont<br />

Horizont kann zeitabhängig sein<br />

Störung wird weggestrahlt !


Raum wird verdreht Twist


Kerr: Raum rotiert<br />

Drehimpuls ist<br />

im Raum verankert


Was haben <strong>Schwarze</strong> <strong>Löcher</strong><br />

mit Thermodynamik zu tun?


Hauptsätze Thermodynamik<br />

HS1: Die Änderung der inneren<br />

Energie U eines geschlossenen<br />

Systems ist gleich der Summe der<br />

Änderung der Wärme Q und der<br />

Änderung der Arbeit W.<br />

HS2: Die Gesamtentropie S in einem<br />

isolierten System kann nie kleiner<br />

werden, d.h. sie kann nur größer<br />

werden oder gleich bleiben.<br />

HS3: Es ist unmöglich, durch<br />

irgendeinen Prozess mit einer<br />

endlichen Zahl von Einzelschritten,<br />

die Temperatur eines Systems auf<br />

den absoluten Nullpunkt von 0 K<br />

(Kelvin = - 273,15 C) zu senken .


Was ist Entropie ?<br />

Ordnung<br />

W = 1<br />

1844 - 1906<br />

… der Grad der Unordnung<br />

eines Systems wird<br />

durch die Zahl W der<br />

möglichen Zustände<br />

charakterisiert.<br />

Entropie S = k B ln(W)<br />

Unordnung<br />

W >> 1


Bei einem Kartenspiel gibt es nur eine Möglichkeit der Ordnung, in<br />

dem die Karten der Zahlenreihenfolge nach geordnet <strong>sind</strong>, jedoch<br />

weitaus mehr Möglichkeiten, die Karten in einer nichtgeordneten<br />

Reihenfolge zu kombinieren:<br />

Statistisch<br />

beschreibt<br />

Entropie die<br />

Zahl möglicher<br />

Mikrozustände,<br />

durch die der<br />

beobachtete<br />

Makrozustand<br />

des Systems<br />

realisiert<br />

werden kann.


Entropie nimmt nie ab !<br />

Ludwig Boltzmann erkannte:<br />

"Die auf die einzelnen Moleküle eines Körpers<br />

verteilte Bewegungsenergie geht stets von einem<br />

weniger wahrscheinlichen Verteilungszustand<br />

in einen wahrscheinlicheren über, nicht aber<br />

umgekehrt. Sind z. B. alle Luftmoleküle zu<br />

Anfang in einer Ecke eines Zimmers, so<br />

verteilen sie sich gleichmäßig in diesem<br />

Zimmer: die Entropie nimmt zu. Es ist jedoch<br />

praktisch ausgeschlossen, dass umgekehrt die<br />

gleichmäßig verteilten Moleküle sich einmal<br />

alle in einer Zimmerecke ansammeln."


Jacob D. Bekenstein:<br />

Black holes and entropy.<br />

Physical Review D. Band 7,<br />

1973, S. 2333–2346<br />

Doktorarbeit Princeton 1972<br />

“There are a number of similarities<br />

between black-hole physics and<br />

thermodynamics. Most striking is<br />

the similarity in the behaviors of<br />

black-hole area and of entropy:<br />

Both quantities tend to increase<br />

irreversibly.”<br />

?


Horizonte verhalten sich<br />

wie thermodynamische Systeme<br />

• H0: Oberflächengravitattion k H = const auf<br />

Horizont ( k H Rolle der Temperatur T H ).<br />

• H1: dM = (k H /8pG) dA H + W H dJ H<br />

in Analogie zu: dE = T dS + dW<br />

• H2: Oberfläche des Horizontes nimmt in<br />

jedem Prozess zu, dA H > 0 ( A H ~ Entropie)<br />

• H3: a = GM/c (Extrem-Kerr) nie erreichbar in<br />

physikalischen Prozessen ( d.h. T H > 0).<br />

Bardeen, J. M.; Carter, B.; Hawking, S. W. (1973): "The four laws of<br />

black hole mechanics". Comm. in Mathematical Physics 31 : 161–170.


Horizonte können verschmelzen<br />

Beispiel für den 2. Hauptsatz<br />

A H > A 1 + A 2


Entropie <strong>Schwarze</strong>s Loch<br />

S = k B A H /4L P ²<br />

1 Planck-Zelle L P<br />

10 77 Zellen/M S<br />

Triangulation<br />

des Horizontes<br />

in Planck-Zellen<br />

Vgl. Sonne:<br />

Entropie = 10 57 k B


Was bedeutet SL-Temperatur?<br />

Stephen Hawking 1975 PropFaktor<br />

Hawking, Stephen W. (1975): "Particle creation by black holes".<br />

Communications in Mathematical Physics 43 : 199–220.


Verdampfung<br />

t evap = 30720 p² (M/m P )² GM/c³<br />

~ 10 67 Jahre (M/M S )³ !<br />

GM S /c³ = 4,9 µsec


Das Informationsparadoxon<br />

Wenn ein Objekt in ein <strong>Schwarze</strong>s Loch fällt, verliert es<br />

alle physikalischen Informationen bis auf seine<br />

quantenmechanischen Eigenschaften (Masse, Spin und<br />

Ladung). Da die Quantenmechanik jedoch auf der<br />

Annahme beruht, dass Informationen nicht verloren<br />

gehen können, entsteht so ein paradoxer Sachverhalt.<br />

Der Stachel im Fleisch der Physiker <strong>sind</strong> die<br />

Singularitäten in <strong>Schwarze</strong>n <strong>Löcher</strong>n, weil dort gemäß<br />

der Allgemeinen Relativitätstheorie Energie, Dichte,<br />

Druck und Krümmung unendlich werden und Raum<br />

und Zeit verschwinden. Eine solche Singularität<br />

markiert die Stelle, an der die bekannten Gesetze der<br />

Physik versagen, und bedeutet somit das Ende der<br />

Gültigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie.


Quantennatur der RaumZeit<br />

Abhay Ashtekar 1986<br />

Fläche und Volumen<br />

<strong>sind</strong> gequantelt wie die<br />

Energie des Wasserstoffatoms


Schaumstruktur der RaumZeit<br />

Skulptur: Julian Voss-Andreae


Hawkings 1976 veröffentlichtes Paradoxon war nur ein<br />

scheinbares. „Hawking vernachlässigte die Quantennatur<br />

der <strong>Geometrie</strong> nahe der klassischen Singularität, und<br />

diese ‚kleinen‘ Effekte kehren die Schlussfolgerung über<br />

den Informationsverlust um“, bringt Ashtekar die neuen<br />

Erkenntnisse auf den Punkt. „Das augenscheinliche<br />

Paradoxon entstand, weil man darauf insistierte, die<br />

klassischen Raumzeit-Begriffe bis hin zur Singularität<br />

anzuwenden (Hawking). Das ist ein wenig so, als wolle<br />

man in der Quantenmechanik die klassischen<br />

Elektronenbahnen ernsthaft im Atom verfolgen.“<br />

Aus der Perspektive der Quantengeometrie verschwinden Materie<br />

und Energie nicht in der Singularität, sondern bleiben in einem<br />

zusammengeklumpten „Haufen“ erhalten. Doch in seinem Mittelpunkt<br />

ist die Dichte nicht unendlich hoch. Die grundlegenden<br />

physikalischen Eigenschaften <strong>sind</strong> noch da und kommen mit all ihren<br />

Ladungen und Quantenzahlen irgendwann wieder zum Vorschein.


Inflation gewaltige<br />

Entropieerzeugung<br />

Entropieproblem des Universums<br />

SMBH: supermassereiche<br />

<strong>Schwarze</strong> <strong>Löcher</strong><br />

in Galaxienzentren<br />

Deshalb heute max. DE?<br />

Inflation<br />

S ~ 10 6 k B<br />

Egan & Lineweaver 2010<br />

300 Mrd. a


Alternative: Vakuum=Dunkle Energie<br />

Dünne Schale -<br />

Vakuumdichte 0<br />

Quantum Transition<br />

Layer „Feuerwand“<br />

~ 10 -14 cm ~ (L P R S ) 1/2<br />

Keine Singularität<br />

Keine echter<br />

Horizont ?<br />

„Kalte Oberfläche“<br />

T H = 0<br />

Dunkle<br />

Energie<br />

r V ~ M P /L P r H ²<br />

P V = - r V c²<br />

Mazur & Mottola: GBEC 2001/2004<br />

M ~ 10 M S<br />

r V ~ 10 14 g/cm³


Gravastern Druck Profil<br />

Core:<br />

Vakuum Energie<br />

Gravitation ist<br />

repulsiv !<br />

~ Universum DE<br />

P r = - r V c²<br />

„Vacuum<br />

Transition<br />

Layer“<br />

Camenzind 2013


Masse = Vakuum-Energie<br />

Zentraldichte:<br />

3,0 Kerndichten<br />

Gravastern<br />

Innenleben<br />

P r = - r V c²<br />

Horizont<br />

Camenzind 2013


Moderner NSternkollaps<br />

Neutronenstern<br />

kollabiert auf GravaStern in ms<br />

@ r = 10 -18 cm wird bereits Planck-Dichte erreicht!<br />

Quantengravitation schlägt im QGPlasma zu!<br />

r = 10 -18 cm Quantenvakuum<br />

Bounce &<br />

Re-Expansion


Inverse Inflation im Sternkollaps<br />

“Denkbares Szenario”<br />

• Neutronensternkollaps von 2,5 Sonnenmassen wird<br />

die Planck-Dichte von 10 87 g/cm³ schon bei einem<br />

Radius ~ 10 −18 cm erreicht, weit vor Planck-Skala.<br />

• Auch die Temperatur wächst im Inneren des<br />

kollabierenden Quark-Gluon-Plasmas, da RT = const<br />

in einem relativistischen adiabatischen Kollaps. Die<br />

Temperatur steigt damit im Supernova-Kollaps etwa<br />

um 23 Größenordnungen, d.h. von 10 11 K auf 10 34<br />

Grad Kelvin, was schon weit über der Planck-<br />

Temperatur von 10 32 Grad Kelvin liegt Inflation<br />

• Bounce und Re-Expansion bis zum Horizont.


Der Gravastern ist nicht-singulär<br />

Schwarzschild-Koordinaten <strong>sind</strong> global gültig<br />

TOV-Glg B²(r) = 1 – 2GM(r)/c²r (wie im NS!)<br />

Krümmung R 2 323 = [1-B²(r)]/r² = 8pGr V /3c²>0<br />

Lichtkegel Minkowskisch bei r = 0<br />

M : Masse des Objektes aus Gravitationskraft<br />

Horizont: r = 2GM/c² : Metrik nicht mehr singulär<br />

Rotverschiebung bleibt endlich, jedoch groß!<br />

r = 0: keine Singlurarität: Krümmung bleibt endlich


Gravastern RaumZeit M = 5,2 M S<br />

deSitter<br />

Gravastern<br />

Vakuum-Energie<br />

P r = - r V c²;<br />

r V = const<br />

Horizont<br />

T H = 0<br />

Schwarzschild<br />

Camenzind 2013


Dunkle Energie abstossend<br />

Horizont<br />

abstossend<br />

anziehend<br />

Camenzind 2013


Gravastern analytisches Beispiel<br />

e 2F(r) = 1 – 2r g /r exp(-2r g /er) ; e = 2,718…<br />

deSitter<br />

Horizont<br />

T H = 0<br />

Gravastern<br />

P r = - r V c²<br />

Schwarzschild<br />

Camenzind 2013


Gravasterne <strong>sind</strong> nicht beliebt!<br />

Gravasternbildung erklärt Gamma-Burster ?


Die Marginal-Stabile Bahn ISCO<br />

Scheibe bis zur marginal stabilen Bahn<br />

ISCO = „Innermost Stable Circular Orbit“<br />

Hängt vom Drehimpuls a ab<br />

Schwarzschild<br />

Kerr mit Spin a


Umlaufperiode “Asteroid”<br />

an marginal stabilen Bahn<br />

10 Sonnenmassen<br />

µQuasar <br />

Skaliert mit Masse


Lichtablenkung ds²=0<br />

am <strong>Schwarze</strong>n Loch<br />

ist beträchtlich


Photonorbit<br />

Lichtablenkung am SL


Schwarzschild<br />

Laserstrahlen


Kerr <strong>Schwarze</strong>s<br />

Loch


Lichtablenkung Kerr


Erde umrundet <strong>Schwarze</strong>s Loch<br />

www.astronomy.ohio-state.edu/~dhw/A142/lensearth_640x480.gif


Rotation verzerrt<br />

die Bilder einseitig<br />

Mehrfachbilder<br />

B. Zink [LSW]


Dopplerfaktor einer Scheibe<br />

Frequenz: f beob = D f em , D = a em /g em (1+v.n/c)<br />

Blauverschiebung<br />

D > 1<br />

Rotverschiebung<br />

D = 0 D < 1<br />

Beaming: I beob = D³ I em


Beobachtung mit VLBI<br />

am Galaktischen Zentrum


Hot Spot um <strong>Schwarze</strong>s Loch: R = 6 R S , 60° Inklination [Neuschäfer LSW]


Hot Spot um <strong>Schwarze</strong>s Loch<br />

Schwarzschild a = 0: ISCO = 6GM/c²<br />

r = 3GM/c² Photonorbit = 25 R S<br />

GC Umlaufperiode = 5 h<br />

Kerr a = 0,95 GM/c: ISCO = 2GM/c²<br />

r = 1,4GM/c² Photonorbit<br />

GC Umlaufperiode = 1,2 h<br />

Simulation: Avery Broderick - www.science.uwaterloo.ca/~abroderi


Warum können wir SL<br />

beobachten ?<br />

Plasma sehr heiß<br />

Plasma kühlt<br />

über<br />

Röntgenstrahlen<br />

0,01 – 100 keV<br />

Letzte Stabile Kepler-Bahn<br />

Materie verschwindet mit<br />

Lichtgeschwindigkeit<br />

im Horizont – vorher<br />

10 – 43% in Strahlung<br />

umgewandelt (Spin a).


Cygnus X-1 mit Chandra<br />

<strong>Schwarze</strong>s Loch emittiert<br />

Röntgenstrahlen<br />

> 1000 Publikationen !


Cyg X-1 / Partner<br />

von HD 226868<br />

1964 entdeckt<br />

mit Ballonflug<br />

1970 Uhuru


Blauer Überriese mit<br />

70 Sonnenmassen<br />

bedeckt periodisch<br />

die Röntgenquelle


Mikroquasare<br />

= Stellare SL in<br />

Doppelsternsystemen<br />

2 Typen:<br />

Massearme<br />

Sterne<br />

Massereiche<br />

Sterne


20 µQuasare<br />

Remillard & McClintock 2006; McClintock … 2011; Camenzind 2007<br />

Objekt Bahn Periode Donor Stern Masse des SL Spin a des SL<br />

GRS1915+105 33.5 d K/M III 14 +/- 4 0.9 – 0.99 CF<br />

V404 Cyg 6.470 d K0 IV 12 +/- 2 -<br />

Cyg X-1 5.600 d O9.7ab 8 +/- 2 0.45 – 0.55 QP<br />

LMC X-1 3.909 d Orosz O9 IIIa 10.3 +/- 1.3 0.92 +/- 0.05 CF<br />

M33 X-7 3.45 d Orosz O7 III 15.6 +/- 1.4 0.84 +/- 0.05 CF<br />

LMC X-3 1.704 d B3 V 7.6 +/- 1.2 < 0.30 CF<br />

GRO J1655-40 2.620 d F3 IV 6.3 +/- 0.3 0.70 +/- 0.05 CF<br />

XTEJ1819-254 2.816 d B9 III 7.1 +/- 0.3 -<br />

IC 10 X-1 34.4 h W He 35 24 - 33 -<br />

GX 339-4 1.7557 d B0 V > 5.8 0.93+/-0.04 Suz<br />

XTEJ1550-564 1.542 d G8 IV 9.6 +/- 1.2 0.34 +/- 0.25 CF<br />

4U 1543-47 1.125 d A2 V 9.4 +/- 1.0 0.80 +/- 0.05 CF<br />

H 1705-250 0.520 d K3 V 6 +/- 2 -<br />

GS 1124-168 0.433 d K3 V 7.0 +/- 0.6 -<br />

GS 2000+25 0.345 d K3 V 7.5 +/- 0.3 -<br />

A 0620-00 0.325 d K4 V 11 +/- 2 0.12 +/- 0.18 CF<br />

XTEJ1650-500 0.321 d K4 V 3.8 +/- 0.5 -<br />

GRS 1009-45 0.283 d K7 V 5.2 +/- 0.6 -<br />

GROJ0422+32 0.212 d M2 V 4 +/- 1 -<br />

XTEJ1118+480 0.171 d K5 V 6.8 +/- 0.4 -


„Glatzen-Ebene der SL“<br />

Camenzind 2006


Galakt.<br />

Zentrum<br />

im IR <br />

kompakt<br />

Stern<br />

Haufen<br />

VLT/<br />

NACO<br />

Genzel et al.<br />

Jede Galaxie beherbergt<br />

ein SM <strong>Schwarze</strong>s Loch<br />

1 Mio. – 10 Mrd. Sonnenmassen<br />

+<br />

1 Lichtjahr


Stellare Stern-Bahnen<br />

im Gal. Zentrum < 1´´<br />

Zufalls-Verteilung E-Bahnen<br />

.<br />

Unsichtbares<br />

Zentrum der<br />

Gravitation<br />

Gillessen et al. 2008


Elliptische Bahnen<br />

im Gal. Zentrum: 15 a


<strong>Schwarze</strong>s<br />

Loch im<br />

G-Zentrum<br />

Stern S2<br />

Umlaufszeit = 15,4 Jahre<br />

NTT/VLT<br />

Keck<br />

M = 4,3 Mio. M S<br />

R 0 = 8,3 kpc<br />

Gillessen et al. 2009


M86 (E)<br />

2 Mrd Sonnen SL<br />

M84 (E)<br />

300 Mio Sonnen SL<br />

NGC 4387 (E)<br />

NGC 4388 (S, Sy2)<br />

8,5 Mio Sonnen SL<br />

<strong>Schwarze</strong> <strong>Löcher</strong><br />

im Virgo-Haufen<br />

(CFHT, 17 Mpc)


SLoch in NGC 1277<br />

Im Perseus Haufen<br />

SL: 17 Mrd. Sonnenmassen


Die S0-Galaxie NGC 1277<br />

im Perseus-Haufen – M H = 17 Mrd. Sonnen


Die Magorrian Relation<br />

N1277<br />

M BH ~ s 4


2 SL tanzen aus der Reihe !


Suzaku Röntgenspektrum NGC3783<br />

Akkretionsscheibe Röntgenstrahlung<br />

Fe K-Linie<br />

Warmer<br />

Absorber<br />

Chr. Reynolds 2013


SLoch mit 10 7 M S als Dreckschleuder<br />

Staub-Wind<br />

Staubtorus<br />

Grafik: ESO


S<strong>Löcher</strong> rotieren schnell<br />

Chr. Reynolds 2013


<strong>Schwarze</strong> <strong>Löcher</strong> in Quasaren<br />

Akkretion auf <strong>Schwarze</strong>s Loch Jets


Blick in den Rachen Gamma-Quasar<br />

Jet-Wand


Kurze Bursts<br />

Gamma-<br />

Blitze<br />

seit 1967<br />

Langer Burst


GRB BATSE<br />

Burst-Dauer<br />

Kurze<br />

Bursts<br />

Lange<br />

Bursts


GRBs mit Swift<br />

130427A


GRB Nachleuchten


GRB BATSE isotrop verteilt


GRB Rotverschiebung


GRB Rotverschiebung


Verschmelzen 2 NS kurze Bursts


Hypernova<br />

Blaue<br />

Überriesen


Hypernova Jets brechen<br />

durch lange Bursts


Ein extrem langer Burst mit FERMI<br />

0,1 sec Exposure<br />

with Swift


GRB 130427A<br />

Hypernova Blauer Überriese


Wie sollte ein µ<strong>Schwarze</strong>s Loch<br />

1 Proton verspeisen ?<br />

Proton p (Radius = 1 fm)<br />

u<br />

d<br />

Das wäre, wie wenn eine<br />

Maus eine Schlange<br />

verspeisen möchte.<br />

u<br />

1 µ<strong>Schwarze</strong>s Loch<br />

Masse = 1 TeV/c² = 1000 p<br />

(Horizontradius = 0,1 am<br />

10.000 mal kleiner als p)


LHC beflügelt die Phantasie<br />

http://apocalypsesurvivalschool.com/ha<br />

dron-collider-black-hole-myth-and-truth/


<strong>Schwarze</strong> <strong>Löcher</strong> existieren !<br />

• <strong>Schwarze</strong> <strong>Löcher</strong> <strong>sind</strong> „alternativlos“ in Astrophysik.<br />

• <strong>Schwarze</strong> <strong>Löcher</strong> <strong>sind</strong> nicht-singulär (entweder durch<br />

QGravitation regularisiert oder als GravaStern realisiert)<br />

• <strong>Schwarze</strong> <strong>Löcher</strong> haben 2 Parameter: Masse M & Spin a<br />

• Masse M kann kinematisch bestimmt werden.<br />

• <strong>Schwarze</strong> <strong>Löcher</strong> rotieren im allgemeinen (Spin a).<br />

• Spin ist messbar für ~ 10 stellare SL, jedoch nur für einige<br />

supermassereiche SL ( Zukunft, IXO).<br />

• Spin spielt eine Rolle bei aktiven SL Jets (BZ).<br />

• Stellare SL entstehen in Supernova massereicher Sterne.<br />

• SM SL entstehen im frühen Universum, z ~ 10 – wie ?<br />

• LHC erzeugt keine mikro-<strong>Schwarze</strong>n <strong>Löcher</strong> !

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