Schwarze Löcher

[Matthias Rose]

Mich quälen momentan zu nachtschlafender Stund einige Fragen rund um das Thema "Schwarze Löcher". Im genaueren darum wie man diese in der Schule und dann auch später in Science-Fiction-Filmen erklärt bekam.

http://de.wikipedia.org/w/index.php?tit ... 0412170221
http://www.youtube.com/watch?v=J1WwLRpt ... re=related

Im Grunde ist die Erklärung ja ganz einfach gehalten und auch überschaubar, verstehbar.

Soweit so schlecht.

Denn mir geht es um ein rein pyhsikalisches Phänomen, vlt auch nur ein Denkfehler meiner Seits. Wenn Schwarze Löcher erklärt werden, wird dies immer anhand eines Rasters erklärt, wo dann alles in diesen "Tunnel" am Ende hineinstürzt. Ähnlich auch wie das Intro beim Film "Das Schwarze Loch" wie mir gerade einfällt.
Und da setzt auch mein Gedanke an. Dieses Raster hatten einen kleinen Fehler - es ist 2Dimensional während der Weltraum ja 3 Dimensional und unendlich ist.

Sprich ein schwarzes Loch müsste also eigentlich eine Schwarze Kugel sein, wo von allen Seiten gleich alles zum Zentrum hin tendiert. Es bildet sich also eine Art Nicht-Raum. Denn alles was dem Zentrum der Kugel zustürzt verschwindet ja "irgendwo"
Das Schwarze Loch oder dieser Kugelförmige Raum ist ja nicht "sehbar" da ja auch das Licht dem Zentrum zustürzt.

Wenn es also wirklich eine Kugel ist. Davon geh ich jetzt Laienhalber mal aus, weil alles andere für mich keinen Sinn machen würde. Warum, und das ist ja das schlimme an meinem Dilemma. Warum beschreiben die Autoren in fast allen ihren Werken, und da schließe ich PR nicht ganz aus, ein Schwarzes Loch immer in dem 2D-Schema?

http://www.youtube.com/watch?v=Fv57PqiwTI8

Vlt könnt ihr ja ein bischen mir aus dem Dilemma helfen.

[Pangalaktiker]

Sprich ein schwarzes Loch müsste also eigentlich eine Schwarze Kugel sein

Ja.

Warum beschreiben die Autoren in fast allen ihren Werken, und da schließe ich PR nicht ganz aus, ein Schwarzes Loch immer in dem 2D-Schema?

Wer beschreibt das so? Eine vermittelnde Darstellung, wie in dem Video erhebt ja nicht den Anspruch eine Beschreibung zu sein. Und dargestellt wird es natürlich so, weil Du einen gekrümmten dreidimensionalen Raum schlecht darstellen kannst.

[Troh.Klaus]

Sprich ein schwarzes Loch müsste also eigentlich eine Schwarze Kugel sein

Ja.

Wohl eher ein Diskus (Rotationsellipsoid). Denn die schwarze "Kugel" hat ja noch den alten Drehimpuls, sollte sich daher sehr, sehr schnell drehen (Pulsare schaffen dass in Sekunden und drunter).

[Early Bird]

Sprich ein schwarzes Loch müsste also eigentlich eine Schwarze Kugel sein

Ja.

Wohl eher ein Diskus (Rotationsellipsoid). Denn die schwarze "Kugel" hat ja noch den alten Drehimpuls, sollte sich daher sehr, sehr schnell drehen (Pulsare schaffen dass in Sekunden und drunter).

Ändert sich durch die Rotation des kollabierten Sternes die Form des Ereignishorizontes?

[Matthias Rose]

Das mit dem Ereignishorizont habe ich mich auch gefragt.

Edith meint: Warum sollte es eigentlich zwingend sein, dass ein Schwarzes Loch ellipsoid wird/ist. Bei einem gigantischen wie dem "Dengejaa Uveso" würde ich das ja durchaus verstehen.

Aber ein normales/kleineres Schwarzes Loch könnte doch durchaus die Kugelform beibehalten. Da ich denke dass durchaus auch die Umgebungsgravitation, wie ein Sonnensystem, Sternhaufen oder die ganze Galaxie die Form durchaus beeinflussen.

Sprich. Je weiter ein schwarzes Loch zum Zentrum einer Galaxis hin steht, desto eher ist sie ein Ellipsoid. Je weiter draußen in der Galaxis oder im Leerraum desto eher kann die Kugelform beibehalten werden.

[Langschläfer]

Das mit dem Ereignishorizont habe ich mich auch gefragt.

Ich auch... eigentlich sollte er nicht, weil er ja kein materielles Objekt, sondern nur eine Grenze (eine Grenzentfernung) ist.

Allerdings verzerren rotierende Schwarze Löcher den Raum um sich herum noch zusätzlich zu den normalen Effekten stark (Stichwort zum nachschauen ist "Ergosphäre"), da sollte man dann vielleicht doch mal einen (Astro-) Physiker fragen, der an sowas arbeitet...

[Pangalaktiker]

Sprich ein schwarzes Loch müsste also eigentlich eine Schwarze Kugel sein

Ja.

Wohl eher ein Diskus (Rotationsellipsoid). Denn die schwarze "Kugel" hat ja noch den alten Drehimpuls, sollte sich daher sehr, sehr schnell drehen (Pulsare schaffen dass in Sekunden und drunter).

Da ist korrekt(er als was ich schrieb). Der Ereignishorizont eines rotierenden schwarzen Lochs ist eigentlich keine Kugel. Ob das jetzt Prozent, Promille und Millionstel ausmacht, weiß ich allerdings nicht.

[Pangalaktiker]

Aber ein normales/kleineres Schwarzes Loch könnte doch durchaus die Kugelform beibehalten. Da ich denke dass durchaus auch die Umgebungsgravitation, wie ein Sonnensystem, Sternhaufen oder die ganze Galaxie die Form durchaus beeinflussen.

Nein, ein rotierendes schwarzes Loch ist immer ein Ellipsoid. Die Gravitation der Materie drum herum wirkt sich auch auf die Form aus, aber dieser Beitrag ist in fast allen Situationen vernachlässigbar gering. Nur unter extremen Bedingungen wird dieser Beitrag relevant, z.B. bei zwei schwarzen Löchern kurz bevor sie verschmelzen.

[Thoromir]

Ist es nicht auch so, das vom "Nord- und Südpol" eines Schwarzen Loches ein Energiestrahl ausgeht?
Wird auf Bildern doch immer so dargestellt.

[Matthias Rose]

Das ist so ne interessante Sache. An diesen "Jetstreams" wird ja zumeist ein Schwarzes Loch erkannt.

Das mit dem "Nord und Südpol" wirft für mich auch immer die Frage auf, woher man dann weiß, ausrechnen kann wann man den "Point-of-no-return" überschritten hätte mit seinem Raumschiff. Hier auch wieder die Frage gibt es einen Kugelförmigen Gefahrenbereich? Oder ist auch dieser Ellipsoid, sprich an den "Kanten" weniger gefährlich als wenn ich mich jetzt z.B von "Unten/ dem Südpol" nähern würde?

[Troh.Klaus]

Jet-Streams gibts auch bei Pulsaren - die sind gerade ihr Erkennungsmerkmal. Wenn Rotationsachse und magnetische Dipolachse nicht zusammenfallen, werden elektrisch geladene Teilchen im Umfeld eines Pulsars oder auch eines Schwarzen Loches in dieser charakteristischen Form wegbefördert (SynchrotronStrahlung).

Ereignishorizont bei rotierenden Schwarzen Löchern ist komplizierter.
Es gibt einen äusseren Bereich, die Ergosphäre, in dem man mitrotiert (weil die Raumzeit rotiert) und einen inneren Bereich mit einem "inneren" Ereignishorizont. Beide Horizontflächen sind Rotationsellipsoide. Das Ganze wird beschrieben mit der Kerr-Metrik (neuseeländischer Mathematiker, 1963). Die Punkt-Singularität der Schwarzschild-Metrik (nicht rotierend, kugel-symmetrisch) mutiert hier zu einer Ring-Singularität. Im Übrigen sind innerer und äusserer Ereignishorizont nur durch die Masse und den Drehimpuls des Schwarzen Loches festgelegt, und diese Informationen könnte man durch Beobachtung des Umfeldes ermitteln (das tun die Astronomen/Astrophysiker auch).

In der Theorie (Allgemeine RelativitätsTheorie) befindet sich die Masse (z.B. des kollabierten Sterns) "in" der Singularität, was immer das auch physikalisch bedeuten mag. Diese Lösungen mit Singularität zeigen im Übrigen, dass die ART ihr Versagen bei der Beschreibung des "Innenraums" eines Schwarzen Loches implizit gleich mit vorhersagt. Man wird da wohl nur mit Modellen zur QuantenGravitation weiterkommen. Interessanterweise gibt es Ansätze der String-Theoretiker und anderer, z.B. der LoopQuantumGravitation-Leute, die anscheinend ohne Singularität auskommen. Diese Modelle sind aber noch elend weit von jeder praktischen Nachweisbarkeit entfernt.
Klaus

[ianmcduck]

Da der Raum um ein rotierendes Schwarzes Loch herum verzerrt wird (er wird quasi mitgeschleift aufgrund der relativistischen Effekte), sind die Effekte im äquatorialen Bereich natürlich etwas anders als im polaren Bereich. Und da das direkt mit der Masse korreliert, ist das umso stärker, je größer das Loch ist. Ein schwarzes Loch definiert sich ja nur aus zwei Parametern, der Masse und dem Drehimpuls, nicht mehr. Unter anderem aufgrund der Rotation bildet sich dann auch gerade in der Äquatorebene die Akkretionsscheibe. Allerdings fällt meist nur ein Bruchteil der Materie dieser Scheibe in das Loch selbst hinein. Sie wird beim Sturz Richtung Ereignishorizont so stark beschleunigt, dass sie, vereinfacht gesagt, an den beiden Polen wieder herausgeschleudert wird. Und zwar in den genannten Jetstrahlen.
Theoretisch könnte man sich natürlich mit einem Raumschiff bis knapp über den Ereignishorizont wagen, wenn man gewisse Regeln beachtet:
1. Ultrastarke Antigrav-Generatoren jenseits jeder Vorstellungskraft, denn ansonsten zerreißen die Gezeitenkräfte das Schiff in seine Atome.
2. Nicht in der Äquatorebene annähern, denn dort reicht auch der Mahlstrom der Materie und die ultraharte Strahlung, die beim Sturz in Richtung Loch entsteht.
3. Auch nicht an den Polen nähern, denn dort ist die Strahlung noch härter und die Teilchen noch schneller.
4. Darauf gefasst sein, dass, wenn man sich wieder aus der Nähe des Schwarzen Lochs entfernt, Jahrhunderte oder Jahrtausende vergangen sind. Denn neben dem Raum wird auch die Zeit extrem verzerrt. Es dauert, vom Standpunkt eines außenstehenden Beobachters, evtl. sehr lange, bis Materie aus der Akkretionsscheibe tatsächlich hinter dem Ereignishorizont verschwindet.
5. Sollte man trotzdem auf die Idee kommen, den Ereignishorizont zu unterschreiten, muss man auf alles gefasst sein, denn niemand weiß, was darunter liegt. Wenn man allerdings das Pech hat, dass es eine Singularität ist, dann "Gute Nacht".

[Troh.Klaus]

Hier mal noch ein Link http://www.wissenschaft-online.de/astro ... t_s02.html zum Thema.

[Matthias Rose]

Vielen Dank an alle die mir versucht haben das "Phänomen" Schwarzes Loch besser zu verstehen. Doch zum Ende hin bin fast noch verwirrter als zum Anfang, aber es ist auch ein verwirrendes Thema. Rotierende und Nicht-rotierende, mit und ohne Haare, Singularitäten und Pulsare, Schwarzschild-Metrik, Kerr-Strahlung... mir brummt der Schädel.

Ich werd mir das ganze bestimmt noch 2-3x ansehen müssen bis ich es verstanden habe. Man kommt sich danach immer so leicht dämlich vor.

[Kurpfälzer]

Beim letzten "Tag der offenen Tür" des MPIA http://www.mpia.de/Public/menu_q2.php waren auch viele Wissenschaftler an ihren dortigen Arbeitsplätzen, die man nach belieben "löchern" konnte.
Unter anderem auch einer, der sich der Erforschung obiger "Jetstreams", mittels enormer Rechnerleistung (Garching, CERN uvm.) befasst und wie sie wohl entstehen könnten.

Fazit: Seine Antworten an mich waren hochinteressant! Nur leider habe ich von alldem absolut nichts verstanden.
Was mich jedoch etwas getröstet hat: Die Wissenschaftler verstehen es auch noch nicht.
Was das schönste war: Wir haben uns sehr nett unterhalten, denn die wenigsten Leuter der riesigen Besuchermassen, haben um diese Räume einen recht großen Bogen gemacht.

[Kosmochaot]

Ein Schwarzes Loch ist - räumlich betrachtet - eine Singularität, also nicht Kugel, sondern Punkt.
Ein SF-typisches Paradoxon ist der Größenvergleich. Der wird zu gern am Ereignishorizont festgemacht. Ein mathematischer Punkt besitzt keine Höhe, Breite oder Tiefe. Der Ereignishorizont ist ein besonderes Phänomen. Ab einem gewissen Radius um das Schwarze Loch verschwindet ganz simpel alles, weil es sich lichtschnell vom Betrachter entfernt. Hier endet alle Wahrnehmung, dies stellt eine scheinbare Größe des black holes dar. Tatsächlich sind alle bhs gleich groß und unterscheiden sich nur im Gewicht (Sonnenmassen), aus dem auch die spezifische Anziehungskraft hervorgeht. Die ist deutlich höher, als beieinem stellaren Objekt identischer Masse, da sämtliche Gravitationsvektoren in ihrer Richtung dem resultierenden Vektor entsprechen und sich in ihrer Wirkung potentieren.

Alles wirkt exakt auf das schwarze Loch hin - dieses ist ein exakter Punkt. Im Gegensatz zur Kugel der Erde. Deren Gravitation wirkt teilweise auch Richtung Horizont, und nur im resultierenden Vektor auf das Zentrum hin. Dies schwächt die Gravitation im Ergebnis doch erheblich ab. Ein bh mit einfacher Erdmasse würde den Mond in nullkommanix zerfetzen.

[ianmcduck]

Ein Schwarzes Loch ist - räumlich betrachtet - eine Singularität, also nicht Kugel, sondern Punkt.
Ein SF-typisches Paradoxon ist der Größenvergleich. Der wird zu gern am Ereignishorizont festgemacht. Ein mathematischer Punkt besitzt keine Höhe, Breite oder Tiefe. Der Ereignishorizont ist ein besonderes Phänomen. Ab einem gewissen Radius um das Schwarze Loch verschwindet ganz simpel alles, weil es sich lichtschnell vom Betrachter entfernt. Hier endet alle Wahrnehmung, dies stellt eine scheinbare Größe des black holes dar. Tatsächlich sind alle bhs gleich groß und unterscheiden sich nur im Gewicht (Sonnenmassen), aus dem auch die spezifische Anziehungskraft hervorgeht. Die ist deutlich höher, als beieinem stellaren Objekt identischer Masse, da sämtliche Gravitationsvektoren in ihrer Richtung dem resultierenden Vektor entsprechen und sich in ihrer Wirkung potentieren.

Alles wirkt exakt auf das schwarze Loch hin - dieses ist ein exakter Punkt. Im Gegensatz zur Kugel der Erde. Deren Gravitation wirkt teilweise auch Richtung Horizont, und nur im resultierenden Vektor auf das Zentrum hin. Dies schwächt die Gravitation im Ergebnis doch erheblich ab. Ein bh mit einfacher Erdmasse würde den Mond in nullkommanix zerfetzen.

Die Komprimierung der Schwerkraftvektoren wirkt sich nur unterhalb einer bestimmten Entfernung aus. Bei größeren Entfernungen (z.B. Sonne-Erde) ist das völlig irrelevant. Ob die Auswirkung bei der Entfernung Erde-Mond (immerhin der ca. 50-fache Erdradius) irgendeine Rolle spielt, wenn die Erde direkt ausgetauscht würde, ist eine mathematische Frage, aber auch hier bezweifle ich es.

[Pangalaktiker]

Das Gravitationsfeld einer homogenen Kugel, und das ist die Erde ja näherungsweise, ist außerhalb der Kugel identisch mit dem Gravitationsfeld einer Punktmasse. Würde die Erde durch ein schwarzes Loch gleicher Masse ersetzt, würde das den Mond nicht weiter jucken.

[ianmcduck]

Das Gravitationsfeld einer homogenen Kugel, und das ist die Erde ja näherungsweise, ist außerhalb der Kugel identisch mit dem Gravitationsfeld einer Punktmasse. Würde die Erde durch ein schwarzes Loch gleicher Masse ersetzt, würde das den Mond nicht weiter jucken.

Ich hab mir das auch noch mal genauer angesehen und die Abweichungen sind so gering, dass man schon verdammt nah ran gehen müsste, damit das eine nennenswerte Auswirkung hätte, ob die Masse sich jetzt verteilt oder nicht. Bei der Entfernung würde wahrscheinlich schon die La Roche-Grenze wirken und das würde den Mond eher auseinander reißen als alles andere. Interessanter sind bzgl. der Gravitationsvektoren eher die Effekte innerhalb der Kugel. Wenn z.B. im Zentrum der Kugel plötzlich Schwerelosigkeit herrscht, weil alle Vektoren mit gleicher Stärke nach außen zeigen. Interessant für ein Hohlweltszenario. Aber das ist OT.