Posted in: Sterne 13. November 2013 19:21 Weiter lesen →

Was Schwarze Löcher verschmähen

Grafik zeigt rot-gelben Materiestrudel um Schwarzes Loch mit Jets, einfallende Materie von einem großen bläulichen Stern Von Schwarzen Löchern gehen mitunter Bündel stark beschleunigter Teilchen aus. Woraus genau diese Jets bestehen, haben europäische und australische Astronomen ermitteln können. Das von ihnen beobachtete Exemplar sendet demnach beinahe „nackte“ Kerne von Eisen und Nickel aus, die mit gut zwei Drittel der Lichtgeschwindigkeit durch das All rasen.

Grafik: NASA/CXC/M. Weiss

Eng gebündelte Teilchenjets bei Schwarzen Löchern seien schon vor Jahrzehnten erstmals beobachtet worden, erläutert María Díaz Trigo von der Europäischen Südsternwarte in Garching: „Und doch können wir immer noch nicht mit Sicherheit sagen, woraus sie bestehen und was sie antreibt.“ Die neuen Resultate zeigten nun, dass mit den Jets auch massereiche Teilchen und somit beträchtliche Mengen an Impuls und Energie abgegeben würden, schreiben die Forscherin und ihre Kollegen im Magazin „Nature“.

Díaz Trigo und Kollegen studierten ein Objekt mit der Bezeichnung 4U1630-47, das im südlichen Sternbild Winkelmaß liegt. Wahrscheinlich handelt es sich um ein Paar zweier Objekte, nämlich um ein stellares Schwarzes Loch und einen massereichen Stern, die sich in geringem Abstand umkreisen. Indem Materie von dem Stern auf das Schwarze Loch überfließt, kommt es zu gelegentlichen Strahlungsausbrüchen. Einen dieser Ausbrüche nahmen die Forscher mit einer Gruppe zusammengeschalteter Radioteleskope in Australien und mit dem europäische Röntgensatelliten XMM-Newton genauer unter die Lupe.

Bei einer ersten Beobachtung ließ sich lediglich Röntgenstrahlung aus dem heißen Materiestrudel um das Schwarze Loch nachweisen, berichten die Wissenschaftler. Gut 2 Wochen später bot sich jedoch ein anderes Bild. Nun zeichneten sich in dem Röntgenspektrum zusätzlich mehrere Emissionslinien ab, die offenbar auf beinahe vollständig ionisierte Eisen- und Nickelatome zurückgingen. Zeitgleich wurden die beiden Jets für die Radioteleskope sichtbar. Gemessen an der Blau- bzw. Rotverschiebung der Röntgenstrahlung, bedingt durch die Orientierung der beiden Teilchenströme gen Erde und in Gegenrichtung, bewegten sich die Atomkerne darin mit etwa 66 Prozent der Lichtgeschwindigkeit.

„Wir wussten seit Langem, dass die Jets Elektronen enthalten, jedoch keine negative Nettoladung aufweisen“, so James Miller-Jones vom International Centre for Radio Astronomy Research im australischen Perth. Den nötigen Ausgleich hätten auch leichte Positronen, positiv geladene Antiteilchen des Elektrons, schaffen können. „Nun wissen wir aber, dass ganz gewöhnliche Materie die positive Ladung beisteuert.“ Nicht zuletzt werfe das neue Resultat etwas mehr Licht auf die nach wie vor rätselhafte Entstehung der beiden Teilchenjets. Das Vorhandensein der schwereren Atomkerne deute darauf hin, dass die nötige Energie aus dem Materiestrudel, der Akkretionsscheibe, stamme und nicht etwa aus der Rotation des eigentlichen Schwarzen Lochs.

Forschung: María Díaz Trigo, Europäische Südsternwarte, Garching; James C. A. Miller-Jones, International Centre for Radio Astronomy Research, Curtin University, Perth; Simone Migliari, Departament d’Astronomia i Meteorologia, Universitat de Barcelona; und andere

Online-Veröffentlichung Nature, 13. November 2013, DOI 10.1038/nature12672

WWW:
Stellar Structure and Evolution, ESO Garching
International Centre for Radio Astronomy Research
Black Holes
Gravity’s Relentless Pull
Australia Telescope Compact Array
XMM Newton

Lesen Sie dazu im Scienceticker:
Schwarzes Loch identifiziert

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1 Kommentar zu "Was Schwarze Löcher verschmähen"

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  1. Ralf Paul sagt:

    Schwarze Löcher, die Dunklen Sonnen

    Zum Thema Schwarze Löcher gibt es ja die wildesten Spekulationen, zu der ich vielleicht eine weitere hinzufügen kann.
    Allerdings sei auch gleich am Anfang darauf hingewiesen, dass es nichts mit Dunkler Materie zu tun hat und sich durchaus mit klassischer Physik erklären lässt.
    Die größten Energiemengen entstehen bei der Kernfusion in einer Sonne.
    Hier werden zwei Wasserstoffatome zu Helium verschmolzen, bei gleichzeitiger Umwandlung von Materie in reine Energie und je nach Alter und Größe entstehen in einer Sonne aus leichten Elementen schwerere Elemente.
    Wie in der klassischen Physik üblich hat fast Alles einen Gegenspieler. (Aktion=Reaktion), was auch in diesem Fall gilt.
    Der klassische Gegenspieler zur Kernfusion, welche wir noch immer nicht beherrschen, ist die Kernspaltung, wie bei einer Atombombe was wir zwar einigermaßen können aber nicht so elegant wie unser Universum.
    Bei der Bombe wird wie der Name Kernspaltung schon vermuten lässt, schwere Elementen in leichtere Elemente umgewandelt, wobei wieder ein Teil der Masse direkt in Energie umgewandelt wird.
    Sicher ist eine Atombombe als Mittelpunkt einer Galaxie nicht sehr schön, aber es ist die treffendste Beschreibung.
    Allerdings ist das Universum wie immer etwas cleverer, auch wenn uns Einstein auch hier helfen kann, da er sogar die Notwendigkeit erklärt.
    Was würde passieren wenn es nicht so wäre?
    Das „große Fressen“ würde dafür sorgen das ein Schwarzes Loch immer schwerer wird und mit jedem Happen unkontrollierbarer.
    Die Geschwindigkeit der Masseaufnahme würde ständig zunehmen, was zwangsläufig zum Untergang der Galaxis führen würde.
    Da dies aber noch nicht beobachtet wurde, scheint dies nicht häufig vorzukommen.
    Also muss das Schwarze Loch eine Möglichkeit finden, auf sein Gewicht zu achten.
    Die Umwandlung von schweren Elementen in „Leichtere“ ist unter Abgabe von Energie die einfachste Möglichkeit und wäre meine logische Wahl wenn ich das gebaut hätte.
    Auch wenn man dort keinen Urlaub machen möchte, ist die Lösung prinzipiell elegant.
    Kommen wir also zu Einstein und Eleganz.
    Da Einstein ausdrücklich darauf hin weist, das E=mc² nicht für ein dreidimensionales System geeignet ist, verwende ich eine Weiterentwicklung, bei der die Rotation als zusätzlicher Multiplikator einfließt.
    Für jene welche nicht so häufig mit Einstein zu tun haben, möchte ich diesen Unterschied kurz erklären, wofür wir uns an unseren Geometrieunterricht erinnern müssen.
    Der Unterschied zwischen der Anzahl der Dimensionen, erklärt sich aus der Anzahl der Multiplikatoren.
    Bei E=mc² ist m der1. Multiplikator und c² der 2. Multiplikator.
    Somit ergeben sich zwei Dimensionen.
    Für eine dynamische Energieentwicklung, benötigen wir einen zusätzlichen Multiplikator.
    Da sich c auf die Umlaufgeschwindigkeit bezieht, finden wir die Lösung in der Rotationsgeschwindigkeit(c1), welche ja fast alle größeren Objekte haben.
    Somit kommen wir zu E dynamisch oder Ed=mc²c1³, mit c1² als 3. Multiplikator.
    Wichtig hierbei ist, dass in der Geometrie unabhängig von der Potenz, Masse, Umlauf- und Rotationsgeschwindigkeit nur als Multiplikator gelten.
    Masse ist hierbei sicher der größte Unsicherheitsfaktor.
    Nach E=mc² müsste die Masse gigantisch sein, womit ich immer so meine Probleme habe. Weshalb ich es mal „rückwärts“ versucht habe, denn wir wissen ja oft mehr wie wir glauben.
    So lässt der Wert für die Geschwindigkeit mit der sich eine Galaxie und das Schwarze Loch durch das Universum bewegt relativ genau ermitteln, was uns Wert für c bzw. c² vorgibt.
    Bei der Rotationsgeschwindigkeit müssen wir etwas raten, wobei uns Einstein aber auch helfen kann, auch wenn es diesmal die spezielle Relativitätstheorie ist.
    Hier erklärt er uns, dass schon bei einer Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit, welche 300.000 km/s beträgt, eine Verformung von Raum und Zeit einsetzt. (Wenn es so ist.)
    Bleibt also nur noch zu klären wie weit man sich diesem Wert annähern muss.
    Wenn wir davon ausgehen, dass 300.000 km/s die Obergrenze der Geschwindigkeit ist so wäre in einem zweidimensionalen System der Verformungspunkt bei c² >300.000 km/s, was einer Geschwindigkeit entspricht, welche durchaus von einigen hochenergetischen Teilchen erreicht wird aber von keinem größeren Objekt.
    Ausgehend von diesem Lösungsansatz sollten wir für c1² den gleichen Wert annehmen.
    Wenn c1²>300.000 km/s ist haben wir auch eine Erklärung dafür weshalb der Energieaustritt bei einem Schwarzen Loch polar ist und sich auf zwei Punkte beschränkt.
    Da ja die Rotationsgeschwindigkeit am Äquator eines Objektes am höchsten ist und erst zu den Polen hin abnimmt, sind die Pole der einzige Punkt, an dem Energie austreten kann.
    Das an den Polen sich die Energie als Gammaburst zeigt und sich bei jeder neuen Massezufuhr wiederholt, ist hierbei auch kein Zufall,
    Gammastrahlung ist auch ein wesentlicher Bestandteil bei eine Atomexplosion nur das es sich hierbei um einen gesteuerten Kernspaltungsprozess handelt und nicht um ein Ratespiel.
    Im Prinzip ist es wie eine Atombombe in einem Schnellkochtopf mit zwei Sicherheitsventilen.
    Nur sind in diesem Fall die Schwerkraft und die hohe Rotationsgeschwindigkeit der Topf der das Ganze zusammen hält.
    Die Masse ist hierbei immer noch ziemlich groß aber sicher viel geringer wie bei den Überlegungen nach E=mc².
    Vieles spricht auch hier für die Geschwindigkeit als den dominierenden Faktor, denn die Masse fällt ja nicht einfach in ein Loch sondern fließt eher ab wie in einem Abfluss, was ein Zeichen für starke Rotationskräfte ist.
    Interessanter Weise können wir anscheinend sogar das Licht einfangen und die Zeit verbiegen ohne das wir irgendein physikalisches Gesetz verletzen oder irgendwelche Dunkle Materie oder anderer exotischer Energien benutzen.
    Den entscheidenden Hinweis bekam ich aber genaugenommen aus Heidelberg, wo man Überlegungen zum Thema „Der Urknall“ anstellt und ob es ihn überhaupt gab.
    Nach Überlegungen von Prof. Wetterich könnte auch Raum eine eigene Energieform sein.
    Da es sich in beiden Fällen um ein dreidimensionales Ereignis handelt, müssten in beiden Fällen auch 3 Vektoren mit gleicher Wertigkeit vorhanden sein, denn in der Geometrie werfen wir ja auch nicht Kilo Temperatur und Länge in einem Topf.
    Wie nicht anders zu erwarten kommt die Antwort mal wieder von unserem Freund Albert E.
    Wenn E=mc² bedeutet Energie =Masse * Beschleunigung² und Einstein jede Beschleunigung meint, so erklärt nicht nur weshalb ich für Rotation auch ein ^2 gewählt habe sondern erklärt auch das Masse nicht unser dritter Vektor sein kann das es ja keine Beschleunigung ist.
    Allerdings erzeugt eine große Masse auch Gravitation welche sich über die Fallbeschleunigung äußert, was uns zu unserem dritten Vektor führt, denn dass Gravitation wichtig ist, wird Niemand bestreiten wollen auch wenn wir uns bei der Funktion noch nicht ganz sicher sind.
    Anderseits sind wir auch wieder um einige Erkenntnisse reicher, wenn wir richtig liegen.
    Zum Ersten haben wir gerade die Obergrenze der Masse gefunden, denn wenn sich nicht schneller wie das Licht bewegt gilt dies natürlich auch für die Fallgeschwindigkeit.
    Zum Zweiten erkennen wir das es in unserem Universum deutlich mehr Energie gibt wie uns E=mc² vermuten lässt.
    Zum Dritten lernen wir, das wenn Masse auch nicht als dritter Vektor in Frage kommt ist er nicht nur als Transporter für die Energie zwingend notwendig sondern bestimmt ja auch über die Gravitation die Fallbeschleunigung(c2²) oder g² wie man es will.
    Das Ergebnis ist in jedem Fall überraschend, denn wenn wir das aufschreiben.
    Energie=Masse*Beschleunigung²*Rotation²*Fallbeschleunigung² könnte innerhalb einer Galaxie wahrscheinlich mehr Energie erzeugen wie alle theoretische „Dunkle Materie und Dunkle Energie“ des gesamten Universums, was sie noch unwahrscheinlicher und überflüssiger machen würde.
    Selbstverständlich kann ich auch hier irren, denn ich bin ja nur ein Mensch.

    Mit freundlichem Gruß
    Ralf Paul