Schwarze Löcher
Projekt im Rahmen des IMP-Profils am JKG Reutlingen
Johanna Görlach, Klasse 10b
Gliederung
- Einleitung
- Entstehung
- Eigenschaften
- Ereignishorizont
- Schwarzschild-Radius
- Singularität
- Wirklich schwarz?
- Beobachtungshinweise
Inhalt des Projekts / Thematischer Überblick
Entstehung
Sterne sind immer im Gleichgewicht von Gravitation und das sich ausdehnende heiße Gas. Wenn nun ihr Brennstoff aufgebraucht ist, kühlen sie ab und geraten aus dem Gleichgewicht, was zur Folge hat, dass der Stern kleiner wird. Wenn er nun kleiner wird, kommen die Elektronen immer näher zusammen und beginnen wild umher zu flitzen, was wiederum einen Druck aufbaut, den sogenannten Entartungsdruck der Elektronen. Sterne, deren Masse nun über der Chandrasekharsche Grenze liegt, können ihre Gravitation nichtmehr mit dem Entartungsdruck ausgleichen und kollabieren unaufhaltbar weiter, ein Schwarzes Loch entsteht.
Eigenschaften
Es gibt 3 Haupteigenschaften.
1. Wir können nichts über die Vergangenheit des Schwarzen Loches, die eingefallene Materie oder die Ereignisse hinter dem Ereignishorizont etwas sagen.
2. Ein Schwarzes Loch ist weder positiv noch negativ geladen.
3. Es hat einen Drehimpuls. Dieser Bewirkt, dass (wie bei ALLEN anderen massereichen, rotierenden Objekten) die Raumzeit in nahen Regionen mit sich zieht. Dies wird auch
Frame-Dragging genannt. Zum Beispiel Fallen Objekte nicht senkrecht in ein Schwarzes Loch, sondern in Rotationsrichtung.
Ereignissorizont
Grenze zwischen dem inneren des Schwarzen Loches und dem Weltall. Ab diesem Punkt kann kein Licht mehr entkommen (Fluchtgeschwindigkeit=Lichtgeschwindigkeit). Auch ist der Ereignishorizont Kugelförmig, da er vom Abstand zum Mittelpunkt abhängt.
Schwarzschild-Radius
Die genaue Größe eines Schwarzen Loches können wir zwar nicht ausrechnen, dafür aber die Größe seines Ereignishorizontes. „G“ steht für die Gravitationskonstante und „c“ für die Lichtgeschwindigkeit. „rs“ ist der Schwarzschildradius und „M“ steht für die Masse des Schwarzen Loches. Nur von ihr ist die Größe des Ereignishorizontes/Schwarzschild-Radius abhängig. (Bsp.: Ein Objekt mit der einfachen Sonnenmasse hat einen Schwarzschild-Radius von 3km, ein Objekt von 10M(Sonnenmassen) hat dann rs=30km).
Singularität
Singularität ist der unendlich dichte und unendlich kleine Punkt im Zentrum des Schwarzen Lochen wo (so vermutet man) alle Materie zusammengedrückt wird. Natürlich kann man es nicht mit Sicherheit sagen, da keine Information die je den Ereignishorizont überquert hatte wieder zurück kommt. Auch vermutet man, das schnell rotierende Schwarze Löcher sich nicht kugelförmig, sondern eier- oder ringförmig um das Zentrum ausdehnen. Viele denken, dass wenn man in eine Rinsingularität hinein fliegt, man einmal im Kreis fliegt und bevor man die Rinsingularität betreten hat wieder herauskommt. So sieht man sich Selber in der Vergangenheit. Dies wird auch eine geschlossene zeitartige Kurve gennant. Es gibt auch nochzwei weitere Haupt-Theorien. Die eine Theorie von Einstein besagt, dass dort die Krümmung der Raumzeit ins unendliche geht. Die andere Theorie von der Quantenphysik dagegen sagt, dass die Raumzeit dort sich ständig chaotisch verändert. Keiner weiß welche dieser beiden Theorien näher an der Wahrheit liegt, doch hier sind wir wirklich an der Grenze unseres Wissens angelangt, da wir keine Chance haben zu testen wer richtig liegt, da die Mathematik dafür noch nicht existiert.
Wirklich schwarz?
Alles was Materie aufnimmt muss sie auch wieder abgeben, das ist uns Allen bekannt. So müssen auch Schwarze Löcher auch Teilchen ausstrahlen (emmitieren). Diese Teilchen kommen von dem (fast) leeren Raum vor dem Schwarzen Loch. Sie sind virtuelle Teilchen. Also kann man sie zwar nicht mit dem Teilchendetektor sehen, aber man kann ihre indirekten Auswirkungen messen. Diese Teilchen erscheinen zusammen (als Paar), trennen sich nun in ein negatives und ein pasitives virtuelles Teilchen und anschließend vernichten (annihilieren) sie sich nun gegenseitig. Wenn jetzt nun das eine negative, virtuelle Teilchen in ein Schwarzes Loch, so wird dieses virtuelle Teilchen nach einer gewissen Zeit zu einem realen Teilchen. Der jeweilige Partner kann und muss sich nun nicht mehr mit dem (ehemals) negativen, virtuellen Teilchen annihilieren und kann dem Schwarzen Loch entkommen. Diese so "entkommene" Teilchen nehmen wir als Emmision war.
Je kleiner nun das Schwarze Loch ist, dasto höher ist dessen Emissionsrate und auch dessen scheinbahre Temperatur. Eine höhere Temperatur führt aber auch zu einer höheren Emissionsrate. Natürlich nehmen Schwarze Löcher um ein vielfaches mehr auf, als sie ammitieren.
Beobachtungshinweise
Es ist nicht unmöglich ein Schwarzes Loch zu beobachten, da es in einem Doppelsternsystem eine heiße, Röntgenstrahlend emittierende Akkretionsscheibe um sich hat. So konnte man auch herausfinden, das bei dem Doppelsternsystem Cygnus X-1 einer der beiden Sterne in Wirklichkeit ein Schwarzes Loch ist. Auch hat man erst vor nicht so langer Zeit es geschafft ein erstes Bild von einem Schwarzen Loch zu machen, doch das ist eine Geschichte für sich. Auch in der Mitte unserer Galaxie ist ein Schwarzes Loch. Es heist Sigitarius A und ist 27.000 Lichtjahre von uns entfernt, also eine ganze Menge.
Fazit
Schwarze Löcher sind eine der faszinierensten Objekten in unserem Universum und wir werden wahrscheinlich immer wieder neue Sachen über sie herrausfinden, da bei ihnen unser Wissen wirkich aufhöhrt.
