Schwarze Löcher in den Kernen von Galaxien Von Michael Fiedler.
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Schwarze Löcher in den Kernen von Galaxien
Von Michael Fiedler
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Inhalt
• Geschichte der Schwarzen Löcher (SL)
• Grundlagen
• Beobachtungsmethoden NGC4258 Andromeda Galaxie M 31 (NGC 224) Sgr A* im Milchstraßenzentrum
• Alternative Theorien
• Heutiger Stand der Wissenschaft
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Geschichte
• 1784 John Michell: Schwarzer Stern
• 1905 Einstein: Informationsvernichtung• 1916 Einstein: Schwarzes Loch• 1916 Karl Schwarzschild: Schwarzschildradius
• 1963 Roy Kerr: Rotierende SL
kmM
M
c
GMRS
95,2~2
2
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4
Schwarzschildradius
• Schwarzschildradien von:
Sonne: 2,95km R = 7x105km
Erde: 9mm RErde = 6378km
SL mit 3,7x106 M : 1,09*107km ~ 0,1AE
SL mit 3,5x107 M : 1x108km ~ 1AE
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Erste „Entdeckungen“
• 1963: Quasare
• Leuchtkräfte bis zu 100 x Leuchtkraft aller Sterne in Galaxie
beste Erklärung mit SL Theorie
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Charakteristika eines SL
• Nur 3 Charakteristische Eigenschaften zeichnen ein SL aus (SL haben keine Haare)
1. Masse
2. Spin
3. Ladung (wird meistens durch das umgebende Plasma aufgehoben)
Es reicht Masse und Spin zu bestimmen um ein SL zu beschreiben
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Beobachtungsmethoden
Bei einer Kreisbahn um das SL:
Newtonnäherung für genügend große r.
Es reicht 2 von 3 Unbekannten: , P oder r zu messen um M abzuschätzen
GP
GP
rGr
M2
4 3
2
322
Geschwindigkeit Periode PRadius rGravitationskonstante G
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8
Akkretionsscheibe
• Kleinste stabile Umlaufbahn (RISCO) (Innermost stable circular orbit)
• Wenn r ≥ RISCO Umlaufbahn stabil gegen kleine Störungen
• Wenn r RISCO nicht stabil: Gas fällt ins Loch
• Rin = RISCO , Rin innere Rand der Akkretionsscheibe
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9
Kleinste stabile Umlaufbahn
Maximal rotierendes SL:
Ruhendes SL
GISCO Rc
GMR 1
2 SL Spin || zur Umlaufbahn
RG Gravitationsradius
GISCO Rc
GMR 9
92
SL Spin anti || zur Umlaufbahn
SISCO Rc
GMR 3
62
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Maser
• Maser aus Gaswolken
Starke Emissionslinien leichte Messung der Rotverschiebung Bestimmen der Geschwindigkeit der Wolke
• Mit guter Winkelauflösung kann man auch r bestimmen
M kann abgeschätzt werden.
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11http://www.inastars.de/m106.htm
NGC 4258
10
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12
SL in NGC 4258
• H2O Wolken Masern
Emissionslinie
=1,36 cm
• Kepler Geschwindigkeitsprofil (r-1/2)
• Rin=0,13pc ~ 104 AEDunkle Masse
M=3,5x107 M
• Sehr starke Hinweise auf ein SL
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http://www.oulu.fi/astronomy/astrophysics/pr/head.html13
NGC 4258
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Geschwindigkeitsdispersion
Geschwindigkeitsdispersion =
Wenn stark ansteigt für r 0
großes M innerhalb r
http://hubblesite.org
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Andromeda Galaxie M31 (NGC 224)
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• Doppelkern
• Alte Messungen: SL in leuchtschwächeren Teil (P2)
• Neue Beobachtung: 3. Bereich in P2 vermutete SL in P3
Kern von M31
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17
Kern von M31
Dispersionsmessungen:
P3 :=1183201 km s-1
alte Messungen:
=250 km s-1
M=1,4x108 M
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Milchstraßenzentrum
http://chandra.harvard.edu/photo/2003/0203long/
18http://www.solstation.com/x-objects/sag2dwf.jpg
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SL in Milchstraße
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Sgr A*
Perizentrum v=5000 kms-1
~8*v beim Apozentrum
Umlaufzeit 15,2 a
a=5,5 ld
(3,70,2)x106 M
innerhalb von r=17 lh
Perizentrum Radius:
100RS von SL 3x106 M
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Sgr A*
• v zur galaktischen Ebene von Sgr A* : -0.4 ± 0.9km s-1 ~ 0 km
• Radiowellenmessungen im mm Bereich weisen auf:
rSgr A*~27RS
von SL mit M=3,7x106
⇒ Alles weißt auf ein SL hin
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Alternative Theorien zu SLHaufen von dunklen Objekten
• Braune Zwerge
• Weiße Zwerge
• Neutronen Sterne
• SL mit wenigen M
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Alternative Theorien zu SL
Einige können nicht ausgeschlossen werden
Mini SLs
• NGC 4258: M<0,04 M
• Sgr A* : M<0,005 M
10-8 ≤ M ≤ 0,03 M ausgeschlossen
Ansammlung von Bosonen
Beides sehr unwahrscheinlich aber nicht ausgeschlossen
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Heutiger Stand der WissenschaftM-Sigma Beziehung
• Feste Beziehung zwischen M und
• SL hat ~ 0.13% MBulge
• Keine SL – Scheiben Beziehung
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M-Sigma Beziehung
3 Theorien
1. SL wuchsen vor der Entstehung von Galaxien und beeinflussten diese dann
2. Samen SL waren vorher da und wuchsen mit den Galaxien
3. SL akkretierte Masse aus der fertigen Galaxie
Beobachtungen sagen nicht aus welche richtig sind
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Sternenbewegung:
Strahlung derheißenAkkretionsscheibe:
Maser:
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Zusammenfassung
• Skepsis Beobachtung allgemein anerkannt
• Andere Theorien nicht auszuschließen, sind aber höchst unwahrscheinlich
• Verständnis wichtig für Galaxienentwicklung
• In Zukunft bessere Instrumente und Techniken Genauere Modelle von SL
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Literaturverzeichnis
• Begelman, Rees: „Schwarze Löcher im Kosmos“• New Journal of Physics, 7:199, 2005• The Astrophysical Journal, 494:L181–L184, 1998• The Astrophysical Journal, 631:280–300, 2005• arXiv:astro-ph/0105230, 14 May 2001• Nature, 419 : 694-696, 2002• Nature, 373 : 127-29, 1995• Annual Revue Astronomy and Astrophysics 1995
33:581-624 Kormendy, Richstone• Sky & Telescope, July 2006:41-46
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Weitere Literatur zum Thema
• Annual Revue Astronomy and Astrophysics 2001, 39:309-352 Melia, Falke
• Nature, 425:934-937 2003