Sterne, Galaxien und das Universum

Sterne, Galaxien und das UniversumTeil 10: Schwarze Löcher

Peter Hauschildtyeti@hs.uni-hamburg.de

Hamburger SternwarteGojenbergsweg 112

21029 Hamburg

5. Juli 2019

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Schwarzes Loch mit Begleiter

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Übersicht

I ARTI Was ist ein Schwarzes Loch?I Wie sucht man danach?

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ART

I Newton →I Raum gleichförmig und unveränderbarI Zeit läuft überall gleich (für jeden)I Gravitation etc. erfüllen den Raum

I → Äthertheorie

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ART

I Galileo →I Geschwindikeiten addieren sich

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ARTI Michelson Experiment → das gilt nicht für Licht!

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ART

I das bedeutet: Newton’s Modell falsch.I Lorentz, Einstein (1905) →I Spezielle Relativitätstheorie:

I alle Naturgesetze identisch für gleichförmig bewegteBeobachter

I c = const. für alleI → LorentztransformationI → Längenkontraktion (schnelle Objekte ’kürzer’)I → Zeitdilatation (schnelle Uhren gehen langsamer)I → E = mc2

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ART

I dieses Modell nur gültig für konstante GeschwindigkeitenI Einstein (1915) →I Erweiterung auf beschleunigte Bezugssysteme

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ART

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ART

I → Allgemeine RelativitätstheorieI Äquivalenzprinzip:I Beschleunigungen nicht unterscheidbar von GravitationI führt zu einer geometrischen Beschreibung der RaumzeitI Zeit und Raum sind ein Objekt, können nicht getrennt

betrachtet werdenI Gravitation → Krümmung der Raumzeit

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ART

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ART

I Massen sagen der Raumzeit wie sie sich krümmen sollI Raumzeit sagt den Massen wie sie sich bewegen sollenI erster Test:I Periheldrehung der Merkur UmlaufbahnI 43 arcsec/100 yr . . .I nicht erklärbar mit NewtonI wird von ART korrekt berechenbar

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Periheldrehung Merkur

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ART

I zweiter Test:I Lichtablenkung durch MasseI 1.75 arcsec am Rand der SonneI 1919 bei Sonnenfinsternis bestätigt

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Lichtablenkung durch Sonne

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ART

I dritter Test:I Uhren laufen langsamer in hoher RaumzeitkrümmungI Licht → kleine Uhren (Frequenzen)I → Lichtfrequenzen verschieben sich nahe MassenI das ist kein Doppler Effekt!

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Lichtablenkung durch Sonne

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ART

I weitere Konsequenzen:I Änderungen der Gravitation breiten sich mit c ausI → Planeten senden Gravitationswellen ausI dadurch ändert sich die Bahn (Energieverlust)I sehr kleiner Effekt (nicht relevant für Sonnensystem)I Gravitationswellen sehr schwachI → sehr schwer nachzuweisen

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Schwarze Löcher

I Effekt von Massen auf LichtI → Konzept des Schwarzen LochesI Masse größer als Grenzmasse eines NeutronensternsI → Schwerkraft bewirkt totalen KollapsI Raum und Zeit extrem verzerrtI → es wird ein Loch in die Raum-Zeit gestanzt

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Schwarze Löcher

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Schwarze Löcher

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Schwarze Löcher

I innerhalb eines Schwarzes Loches sind Raum und Zeitvertauscht

I ein Beobachter könnte die Zeit beeinflussen aber nichtden Raum

I im Zentrum (der Singularität) verlieren Raum und Zeitihre Identität

I die Singularität selber verhält sich unvorhersehbarI das kann nicht beobachtet werden da aus dem Loch keine

Information kommen kann

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Schwarze Löcher

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Schwarze Löcher

I ein Schwarzes Loch hat genau 3 Parameter:I MasseI elektrische LadungI Drehimpuls

I Rotation → Raumzeit wird ’mitgeschleift’I frame draggingI ErgoshäreI → keine stationären Objekte

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Schwarze Löcher

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Schwarze Löcher

I 1930’s:I Einstein-Rosen Brücke:I Schwarze Löcher können

verbunden seinI Verbindung zu einem

anderen Universum

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Schwarze Löcher

I Alternativ:I WurmlochI → Verbindung innerhalb

des UniversumsI instabil: bricht zusammen wenn man es verwenden willI Stabilisierung → Anti-Gravitation (M < 0)I kann auch als Zeitmachine funktionierenI → Verletzung der Kausalität . . .

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DetektionI Cyg X-1: starke

RöntgenquelleI Position von B0

Überriesen, 30M�

I der ist dafür zu kalt(31000K)

I spektroskopischerDoppelstern

I → Begleiter mit 7M�

I → stellares SchwarzesLoch?

I Röntgen durch Akkretionin das Loch!

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Cyg X-1

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