Sterne, Galaxien und das Universum
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Sterne, Galaxien und das UniversumTeil 10: Schwarze Löcher
Peter [email protected]
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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