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