Schwarzes Loch

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Schwarzes Loch

Stichpunkte

Allgemein
	Ein Schwarzes Loch ist die populÃ¤re Bezeichnung fÃ¼r einen Bereich im Raum
	ihn wieder verlassen kann
	dass keine Materie oder Information
	der ein so starkes Gravitationsfeld enthÃ¤lt
	die jemals diesen Bereich betreten hat
	und es einem menschlichen Auge daher Schwarz erscheinen wÃ¼rde
	Der Ausdruck "Schwarzes Loch" verweist auf den Umstand
	wie etwa Licht
	dass auch Elektromagnetische Wellen
	aus dem Bereich nicht entweichen kÃ¶nnen
	dass dieses von auÃŸen als hell leuchtend beoachtet wird. Bild nicht gefunden Ein fiktives Schwarzes Loch von 10 Sonnenmassen aus 600km Abstand gesehen
	Die durch die hohe Gravitation angezogene Materie wird jedoch vor dem Sturz ins schwarze Loch so heiÃŸ
	Die MilchstraÃŸe im Hintergrund erscheint durch die RaumkrÃ¼mmung verzerrt und doppelt
	Der schwarze Bereich entsprÃ¤che ohne RaumkrÃ¼mmung einem Radius von 75km
	5km
	Der Schwarzschild-Radius betrÃ¤gt dagegen nur 29
	Die Bildbreite entspricht einem Blickwinkelbereich von 90Â°. Inhaltsverzeichnis showTocToggle("Anzeigen"
	"Verbergen") 1 Schwarze LÃ¶cher im Universum 1.1 Arten von Schwarzen LÃ¶chern 1.1.1 Stellare Schwarze LÃ¶cher 1.1.2 Mittelschwere Schwarze LÃ¶cher 1.1.3 Supermassereiche Schwarze LÃ¶cher 1.1.4 Primordiale Schwarze LÃ¶cher 1.2 Schwarze LÃ¶cher in Galaxienzentren 1.3 Bedeutung Schwarzer LÃ¶cher 2 Theoretische Betrachtungen 2.1 Schwarze LÃ¶cher in der allgemeinen RelativitÃ¤tstheorie 2.2 Die "HauptsÃ¤tze der Schwarzloch-Dynamik" 2.3 Hawking-Strahlung 2.4 Lebensdauer 2.5 No-Hair Theorem 2.6 Alternativen 3 Multimedialinks 4 Weblinks [Bearbeiten]
Schwarze LÃ¶cher im Universum
	Schwarze LÃ¶cher kÃ¶nnen als Endzustand eines blauen Sternes bei einer Supernova (Explosion eines Sternes) entstehen
	Andere EndzustÃ¤nde von Sternen sind WeiÃŸe Zwerge und Neutronensterne
	Ein Schwarzes Loch ist ein Objekt mit der Masse des Sterns
	allerdings mit wesentlich geringerer Ausdehnung als ein Stern
	Ein so entstandenes Schwarzes Loch nennt man stellares Schwarzes Loch
	Ein Teil der Masse des ursprÃ¼nglichen Sterns wird bei der Supernova-Explosion weggeschleudert
	der Rest wird komprimiert
	so dass der Umfang deutlich kleiner ist als zuvor
	dass die Fluchtgeschwindigkeit
	Dabei wird die Dichte des neuen KÃ¶rpers extrem erhÃ¶ht und die Anziehungskraft (Gravitation) steigt dermaÃŸen an
	die ein KÃ¶rper aufbringen mÃ¼sste
	um das Gravitationsfeld dieses Objekts zu Ã¼berwinden
	grÃ¶ÃŸer als die Lichtgeschwindigkeit wÃ¤re
	Laut der Speziellen RelativitÃ¤tstheorie ist das Ãœberschreiten der Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum) nicht mÃ¶glich
	das Gravitationsfeld dieses Objekts Ã¼berwinden kann
	dass nichts
	also auch kein Licht
	Das bedeutet
	der proportional zur Masse des Loches ist
	Die GrÃ¶ÃŸe eines nichtrotierenden Schwarzen Lochs wird durch den Schwarzschildradius angegeben
	ihn wieder zu verlassen
	Jedem Teilchen innerhalb dieses Umkreises ist es unmÃ¶glich
	Auch elektromagnetische Strahlen kÃ¶nnen ein Schwarzes Loch nicht verlassen
	nichts kÃ¶nne aus einem Schwarzen Loch entkommen
	Neue Ãœberlegungen haben allerdings gezeigt
	dass schwarze LÃ¶cher Energie (und damit Masse) in Form von Hawking-Strahlung (nach dem britischen Physiker Stephen Hawking) abgeben
	so dass die Aussage
	nur noch bedingt richtig ist
	Der Schwarzschildradius fÃ¼r ein Schwarzes Loch der Sonnenmasse betrÃ¤gt knapp 3 km. [Bearbeiten]
Arten von Schwarzen LÃ¶chern
	Man unterscheidet in vier Arten von Schwarzen LÃ¶chern: stellare Schwarze LÃ¶cher (stellar black hole)
	mittelschwere Schwarze LÃ¶cher supermassereiche Schwarze LÃ¶cher (supermassive black hole) und primordiale Schwarze LÃ¶cher. [Bearbeiten]
Stellare Schwarze LÃ¶cher
	sieht das bei Sternen
	die die vielfache Masse unserer Sonne haben anders aus: Sie explodieren am Ende ihres Lebens als Supernova und der Ã¼brig bleibende Sternenrest kann zu einem Schwarzen Loch kollabieren
	ihr Leben recht unspektakulÃ¤r als auskÃ¼hlender Sternenrest beenden (als so genannter WeiÃŸer Zwerg)
	Stellare Schwarze LÃ¶cher sind eine Folge der Sternentwicklung: WÃ¤hrend massearme Sterne
	wie unsere Sonne
	Diese Schwarzen LÃ¶cher haben etwa die acht- bis 15-fache Masse unserer Sonne. [Bearbeiten]
Mittelschwere Schwarze LÃ¶cher
	Mittelschwere Schwarze LÃ¶cher sind mÃ¶glicherweise die Folge von Sternenkollisionen
	Ihre Existenz ist noch nicht sicher erwiesen
	in der sie Hinweise auf Mittelschwere Schwarze LÃ¶cher fanden. [Bearbeiten]
	allerdings verÃ¶ffentlichten Forscher Anfang 2004 Ergebnisse einer Untersuchung von Nachbargalaxien mit dem Weltraumteleskop Chandra
Supermassereiche Schwarze LÃ¶cher
	Supermassereiche (auch supermassiv genannt) Schwarze LÃ¶cher kÃ¶nnen die millionen- bis milliardenfache Masse unserer Sonne haben und finden sich vermutlich in den Zentren der meisten Galaxien
	Wie sie entstanden sind und wie ihre Entstehung mit der Entwicklung der Galaxien zusammenhÃ¤ngt ist Gegenstand aktueller Forschung. [Bearbeiten]
Primordiale Schwarze LÃ¶cher
	Neben solchen durch Supernovae entstandenen Schwarzen LÃ¶chern
	kÃ¶nnte es aber auch so genannte primordiale Schwarze LÃ¶cher geben
	ohne eine Supernova
	als "Raumverwerfungen" bereits im Urknall gebildet haben. [Bearbeiten]
	Das sind Schwarze LÃ¶cher
	die sich
Schwarze LÃ¶cher in Galaxienzentren
	Man geht heute davon aus
	in ihrem Zentrum ein supermassives Schwarzes Loch haben
	dass viele Spiralgalaxien
	unsere eigene MilchstraÃŸe eingeschlossen
	Das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Milchstrasse trÃ¤gt den Namen Sagittarius A* (Sgr A*) und besitzt 2
	welche nur 3 Lichtjahre von Sgr A* entfernt liegt
	dass sich in der Sternengruppe IRS 13
	ein zweites Schwarzes Loch mit vergleichsweise geringen 1300 Sonnenmassen befindet
	6 Millionen Sonnenmassen. Neueste Forschungsergebnisse zeigen
	die Materie beim Sturz in ein Schwarzes Loch abgibt
	bzw. wenn die Materie selbst in Energie umgewandelt wird
	ob es sich in Zukunft mit Sgr A* vereinigen wird
	oder ob es sich auf einer stabilen Umlaufbahn befindet bzw. sich sogar von ihm entfernt. Bild nicht gefunden Galaktisches Zentrum Die hohe Leuchtkraft der Quasare wird auf Strahlung zurÃ¼ckgefÃ¼hrt
	Es ist derzeit nicht geklÃ¤rt
	da sie selbst keine Strahlung abgeben
	Eine direkte Beobachtung von Schwarzen LÃ¶chern ist
	problematisch
	Die um Schwarze LÃ¶cher erwarteten Akkretionsscheiben sollten allerdings klar erkennbare Strahlung abgeben
	Mit der Fertigstellung von Gravitationsteleskopen sollte es mÃ¶glich werden
	die Geburt Schwarzer LÃ¶cher zu beobachten. [Bearbeiten]
Bedeutung Schwarzer LÃ¶cher
	dass das Universum seine gegenwÃ¤rtigen Eigenschaften besitzt
	haben Schwarze LÃ¶cher dazu beigetragen
	alles zu verschlucken
	Trotz ihrer Eigenschaften
	Nach dem Urknall entstanden aus den Gaswolken die ersten
	wahrscheinlich sehr massiven Sterne
	die nach kurzer Zeit (einige 100 Millionen Jahre) per Supernova explodierten
	Durch diese Supernovae wurde zum einen Material ins Weltall verstreut
	zum anderen durch die Druckwellen benachbarte Gaswolken komprimiert
	so dass dort neue Sterne entstanden
	die sich dann weiter (eventuell nach Verschmelzen mehrerer Schwarzer LÃ¶cher) zu den Mittelpunkten von Spiralgalaxien entwickelten
	und wurden zu den ersten Quasaren
	Die ersten Schwarzen LÃ¶cher zogen Materie an
	Eine solche Spiralgalaxis ist unsere MilchstraÃŸe. [Bearbeiten]
Theoretische Betrachtungen
	[Bearbeiten]
Schwarze LÃ¶cher in der allgemeinen RelativitÃ¤tstheorie
	dass das Schwarze Loch aus nichts anderem besteht als aus leerem Raum
	beziehungsweise fÃ¼r rotierende und elektrisch geladene Schwarze LÃ¶cher aus der Kerr-Newman-LÃ¶sung. "VakuumlÃ¶sung" bedeutet hierbei
	der so genannten Schwarzschild-LÃ¶sung (nach Karl Schwarzschild
	der allerdings stark gekrÃ¼mmt ist
	Formell ergibt sich ein Schwarzes Loch als spezielle Vakuum-LÃ¶sung der allgemeinen RelativitÃ¤tstheorie
	der diese LÃ¶sung gefunden hat)
	In der Mitte des Schwarzen Loches befindet sich allerdings eine SingularitÃ¤t
	das bedeutet
	dass an dieser Stelle die Gleichungen der RelativitÃ¤tstheorie versagen
	Die ganze Masse des Schwarzen Loches ist in einem Punkt ohne Ausdehnung konzentriert
	dass keine der anderen drei GrundkrÃ¤fte der Physik der Komprimierung entgegenwirken kann
	weil die Gravitation in einem Schwarzen Loch so groÃŸ ist
	Nach heutigem Stand des Wissens kann dies zustande kommen
	Die gesamte Materie stÃ¼rzt in sich zusammen und konzentriert sich in der SingularitÃ¤t
	Aus diesem Grund ist die Dichte der SingularitÃ¤t unendlich
	auf der anderen Seite nicht mehr
	bei der auf der einen Seite noch Licht entweichen kann
	heiÃŸt Ereignishorizont oder Schwarzschild-Radius
	Die Grenze
	hat auch der Ereignishorizont die Form einer KugeloberflÃ¤che
	Da ein nicht-rotierendes Schwarzes Loch von auÃŸen gesehen kugelfÃ¶rmig ist
	Der Radius dieser Kugel ist der Schwarzschildradius
	Die Schwarzschild-SingularitÃ¤t ist jedoch keine echte SingularitÃ¤t
	ohne dass jemand
	sondern nur eine KoordinatensingularitÃ¤t (vergleichbar dem Nordpol
	der den Nordpol Ã¼berquert
	an dem ebenfalls eine KoordinatensingularitÃ¤t auftritt
	irgend etwas Besonderes merken wÃ¼rde)
	FÃ¼r rotierende und/oder geladene Schwarze LÃ¶cher ist der Ereignishorizont nicht mehr kugelfÃ¶rmig
	und seine GrÃ¶ÃŸe ist auch nicht mehr durch den Schwarzschildradius gegeben
	in dem es einem Objekt nicht mÃ¶glich ist
	nicht zu rotieren
	Rotierende Schwarze LÃ¶cher haben zudem auÃŸerhalb des Horizonts einen Bereich (ErgosphÃ¤re genannt)
	die zu schwarzen LÃ¶chern kollabierten
	Der Ereignishorizont wird bei Sternen
	von Lichtstrahlen begrenzt
	die noch nicht von der Gravitation des schwarzen Loches angezogen wurden
	Diese Lichtstrahlen sind die letzten
	da sie sich stÃ¤ndig im Kreis um das schwarze Loch bewegen. [Bearbeiten]
	Man kann sie allerdings nicht sehen
Die "HauptsÃ¤tze der Schwarzloch-Dynamik"
	die auffallend jenen der Thermodynamik gleichen
	FÃ¼r Schwarze LÃ¶cher folgen aus der Allgemeinen RelativitÃ¤tstheorie Gesetze
	die Erhaltung der Energie
	Es gelten im einzelnen die folgenden Gesetze: Der Erste Hauptsatz der "Schwarzloch-Dynamik" ist
	wie in der Thermodynamik (und allen anderen nichtrelativistischen Theorien)
	ZusÃ¤tzlich gelten auch die anderen ErhaltungssÃ¤tze der Mechanik und Elektrodynamik: Neben der Energie sind Impuls
	Drehimpuls und Ladung erhalten
	Der Zweite Hauptsatz der "Schwarzloch-Dynamik" â€“ von Stephen W
	dass die Summe der FlÃ¤chen der Ereignishorizonte niemals abnehmen kann
	was mit den Schwarzen LÃ¶chern passiert
	Hawking entdeckt â€“ besagt
	egal
	wenn Materie in das Schwarze Loch fÃ¤llt (was dessen Masse â€“ und damit dessen Ereignishorizont â€“ vergrÃ¶ÃŸert)
	Dies gilt nicht nur
	sondern auch beispielsweise fÃ¼r die Verschmelzung zweier Schwarzer LÃ¶cher
	und jeden anderen denkbaren Prozess
	Dies entspricht dem Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik
	wobei die FlÃ¤che des Ereignishorizonts die Rolle der Entropie Ã¼bernimmt. [Bearbeiten]
Hawking-Strahlung
	die zuerst von Hawking durchgefÃ¼hrt wurden
	die so genannte Hawking-Strahlung
	zeigen
	Quantentheoretische Ãœberlegungen
	dass bei BerÃ¼cksichtigung quantenmechanischer Effekte in der Schwarzschild-Metrik auch ein Schwarzes Loch Strahlung abgeben mÃ¼sste
	wobei die Temperatur der Strahlung mit wachsender Masse des Schwarzen Loches sinkt
	Diese Strahlung mÃ¼sste gerade das Spektrum eines schwarzen Strahlers haben
	GroÃŸe Schwarze LÃ¶cher
	wie sie aus Supernova entstehen
	haben dadurch eine so geringe Strahlung
	dass diese im Universum nicht nachweisbar ist
	was dazu fÃ¼hrt
	Kleine Schwarze LÃ¶cher hingegen haben nach dieser Theorie eine deutliche WÃ¤rmestrahlung
	dass ihre Masse rasch abnimmt
	zerstrahlt so ein kleines Loch in relativ kurzer Zeit vÃ¶llig
	Da dadurch ihre Strahlung weiter ansteigt
	kÃ¶nnten sie bereits zerstrahlt sein
	Dies ist von Bedeutung fÃ¼r die bereits erwÃ¤hnten primordialen Schwarzen LÃ¶cher: Da diese generell sehr klein sind
	Durch die dabei entstandene charakteristische Strahlung kÃ¶nnte man solche LÃ¶cher nachweisen
	eine Obergrenze fÃ¼r ihre Anzahl
	dass man diese Strahlung bisher nicht gesehen hat
	Andersherum gibt die Tatsache
	fÃ¼r hinreichend kurze ZeitrÃ¤ume mÃ¶glich ist
	die als Konsequenz der Heisenbergschen UnschÃ¤rferelation bezÃ¼glich Zeit und Energie
	Als mÃ¶glicher Entstehungsmechanismus gilt spontane Elektron-Positron-Paarbildung im Vakuum
	und damit Ã¼ber E=mcÂ² auch einer entsprechenden Masse
	Geschieht sie in unmittelbarer Nachbarschaft des Schwarzen Loches
	so kann eines der Teilchen hineinstÃ¼rzen und damit eine potenzielle Energie freisetzen
	die fÃ¼r eine Paarbildung inkl. das Hinauskatapultierens des anderen Teilchens aus dem Gravitationsfeld ausreicht
	Als Folge des enormen Verlusts von potenzieller Energie durch das hineinstÃ¼rzende Teilchens nimmt dabei die Masse des Schwarzen Loches wider Erwarten nicht zu sondern sogar ab
	da die Strahlung die Masse â€“ und damit die HorizontflÃ¤che â€“ des Schwarzen Loches verringert
	Die Hawking-Strahlung bedeutet eine Verletzung des zweiten Hauptsatzes der Schwarzloch-Dynamik
	was einen tieferen Zusammenhang zwischen beiden GrÃ¶ÃŸen nahelegt
	Allerdings wird gleichzeitig eine entsprechende Menge Entropie abgegeben (eben in Form thermischer Strahlung)
	Allerdings beruht die Vorhersage der Hawking-Strahlung auf der Kombination von Effekten der Quantenmechanik und der Allgemeinen RelativitÃ¤tstheorie
	sind solche Vorhersagen immer mit einer gewissen Unsicherheit behaftet. [Bearbeiten]
	Da eine Vereinheitlichung der beiden Theorien bisher nicht gelungen ist
Lebensdauer
	Da nach Hawking ein schwarzes Loch stetig Energie in Form von Hawking-Strahlung verliert
	sofern es wÃ¤hrend dieser Zeitspanne keine neue Masse aufnehmen kann
	wird es nach einer bestimmten Zeitspanne <math>Delta t<math> vollstÃ¤ndig zerstrahlt sein
	Diese Zeitspanne berechnet sich durch <math>Delta t=frac{M^3}{3Lambda_t}<math>
	wobei M die Masse des schwarzen Loches zu Beginn der Zeispanne und <math>Lambda_t<math> eine Konstante mit <math>Lambda_t=3
	968 cdot 10^{15} frac{Kg^3}{s}<math> ist. [Bearbeiten]
No-Hair Theorem
	FÃ¼r ein Schwarzes Loch gilt ein Eindeutigkeits-Theorem von Werner Israel
	Dieses besagt
	dass das Schwarze Loch vollstÃ¤ndig charakterisiert ist durch Masse
	elektrische Ladung und Drehmoment
	Die veranlasste John Wheeler zur Aussage â€žSchwarze LÃ¶cher haben keine Haareâ€œ
	Man spricht deshalb vom No-Hair-Theorem
	Weitere Information aus dem Inneren sei nicht zu erhalten
	auch nicht durch die Hawking-Strahlung
	dass zumindest gewisse Information zusÃ¤tzlich nach auÃŸen dringen kÃ¶nne
	Roger Penrose dagegen nimmt an
	dass also Information nach auÃŸen dringen kÃ¶nnte. [Bearbeiten]
	Auf der 17ten "International Conference on General Relativity and Gravitation" (18.-23.07.2004) in Dublin hat Hawking seine frÃ¼here Meinung revidiert und meint nun
	dass Schwarze LÃ¶cher doch â€žHaareâ€œ haben kÃ¶nnten
Alternativen
	die mit einem Schwarzen Loch verknÃ¼pft ist
	wurden einige alternative Modelle fÃ¼r ultrakompakte dunkle Objekte vorgeschlagen
	Unzufrieden mit der Notwendigkeit einer SingularitÃ¤t der Raumzeit
	ist die Akzeptanz denkbar gering
	Da aber diese alternativen Modelle keine mit heutigen Mitteln beobachtbare Vorhersagen machen
	mit denen sie sich von einem schwarzem Loch unterscheiden lieÃŸen
	Das bekannteste Beispiel ist der Gravastern. [Bearbeiten]
Multimedialinks
	Real Video Streams: (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri) Was sind Schwarze LÃ¶cher? (http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=990103.rm) Wo ist das nÃ¤chste Schwarze Loch? (http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=000604.rm&e=14:23.00) Gibt es schwarze LÃ¶cher in der Milchstrasse? (http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=990509.rm) Verschmelzen Schwarze LÃ¶cher? (http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=010527.rm&e=14:30&g2=1) Bewegen sich Schwarze LÃ¶cher im All? (http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=020120.rm) Tanzen Schwarze LÃ¶cher? (http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=040121.rm) Fressen Schwarze LÃ¶cher Sterne? (http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=041027.rm) [Bearbeiten]
Weblinks
	was ein gekrÃ¼mmter Raum ist. Schritt fÃ¼r Schritt ins Schwarze Loch (http://www.tempolimit-lichtgeschwindigkeit.de/expeditionsl/expeditionsl.html): der Nachthimmel aus der NÃ¤he eines Schwarzen Loches gesehen. Hawking: The Nature of Space and Time - Teil 1 ..
	Die bunte Welt der Schwarzen LÃ¶cher (http://abenteuer-universum.vol4u.de/ls.html): AusfÃ¼hrlich aber leicht verstÃ¤ndlich. Andreas MÃ¼llers Astronomielexikon Ã¼ber Schwarze LÃ¶cher (http://www.lsw.uni-heidelberg.de/users/amueller/astro_sl.html): AusfÃ¼hrlich und anspruchsvoll. Das Schwarze Loch zum Selberbauen (http://www.tempolimit-lichtgeschwindigkeit.de/graum/bastel.html): erklÃ¤rt mittels eines Pappmodells
	(Teil 2 enthÃ¤lt eine schÃ¶ne Karikatur des No-Hair-Theorems) (http://www.hawking.org.uk/text/public/dice.html) Postscript (auf Englisch): www.wissenschaft.de: Forscher entdecken bislang kleinste supermassive Version der VielfraÃŸe (http://www.wissenschaft.de/wissen/news/249371.html) (dt.) ar:Ø«Ù‚Ø¨ Ø£Ø³ÙˆØ¯ bg:Ð§ÐµÑ€Ð½Ð° Ð´ÑƒÐ¿ÐºÐ° ca:Forat negre cs:ÄŒernÃ¡ dÃra da:Sort hul en:Black hole eo:Nigra truo es:Agujero negro et:Must auk fi:Musta aukko fr:Trou noir gl:Furado negro he:×—×•×¨ ×©×—×•×¨ hr:Crne rupe it:Buco nero ja:ãƒ–ãƒ©ãƒƒã‚¯ãƒ›ãƒ¼ãƒ« ms:Lubang gelap nl:Zwart gat pl:Czarna dziura pt:Buraco negro ru:Ð§Ñ‘Ñ€Ð½Ð°Ñ? Ð´Ñ‹Ñ€Ð° simple:Black hole sl:ÄŒrna luknja sv:Svart hÃ¥l zh:é»‘æ´ž
	4

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Schwarze LÃ¶cher im Universum

Arten von Schwarzen LÃ¶chern

Stellare Schwarze LÃ¶cher

Mittelschwere Schwarze LÃ¶cher

Supermassereiche Schwarze LÃ¶cher

Primordiale Schwarze LÃ¶cher

Schwarze LÃ¶cher in Galaxienzentren

Bedeutung Schwarzer LÃ¶cher

Theoretische Betrachtungen

Schwarze LÃ¶cher in der allgemeinen RelativitÃ¤tstheorie

Die "HauptsÃ¤tze der Schwarzloch-Dynamik"

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