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Schwarze Löcher

Physikreferat mit K. J. Jürgens und C. Eckelmann in den Hauptrollen über das Thema Schwarze Löcher... Beem me up Scotty!
by

Collin Eckelmann

on 4 October 2013

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Transcript of Schwarze Löcher

Astrophysik
Mit Collin Eckelmann und Kay Jürgens
Einstein´s Relativitätstheorie und schwarze Löcher
Es entsteht ein Schwarzes Loch
Weniger als 2,5 Sonnemassen nach Supernova
Stern mit über 8 Sonnenmassen
Es entsteht ein Neutronenstern
Nach Supernova noch 2,5 Sonnemassen oder mehr
Entstehung von stellaren schwarzen Löchern
Stellar
Primoridal
Supermassereich
Existieren seit Urknall
Entstanden
Nach Stephen
Hawking
Supernovaüberreste im Krebsnebel aus dem Jahr 1054
www.wikipedia.org
Vergleich: Schwarzes Loch, Neutronenstern, Stadt
www.wikipedia.org
10^-35s bis 10^-33s
nach dem Urnkall
Ablauf

-Definition eines schwarzen Lochs
-Einstein´s Relativitätstheorie
-Entstehung
-Unterteilungen der schwarzen Löcher
in Klassen
-Exkurs
-Nachweismöglichkeiten
Sagittarius A*
Schwarze
Löcher
Schwarzes Loch
SEHR dicht
Raum/Zeit sehr stark gekrümmt
Loch = Missverständnis
Größe des schwarzen Loches
Nicht direkt Beobachtbar
Zwiebelschalenmodell von Enwickelten Sternen der Hautpreihe
www.wikipedia.org
Sternenentwicklung
www.wikipedia.org
Vergleich:
1J = Die Arbeit eines Herzens pro Schlag
73J= Die Energie um ein 75Kg schweres Objekt mit 1,5m/s zu bewegen
38^3J= Der Energiegehalt von 1g Fett für den menschlichen Körper
184^9J= Explosionsenergie von 44t TNT
84^12J = Freiwerdende Explosionsenergie der Atombombe Fat Man über Nagasaki (entspricht 20000t TNT)
508^18J = Energieverbrauch der Menschheit 2009.
5,8^24J = Energie die nötig wäre, um alles Wasser der Erde (1,40·109 km3) um 1 Grad zu erwärmen
2,7 · 10^33 J = kinetische Energie der Erde.
10^46J Energie, die bei einer Supernova frei wird

Michelson-Morely-Experiment
Das Licht ist immer gleich schnell c=299792,458m/s
Raum und Zeit galten immer als konstant
Einstein´s Relativitätstheorie
Einstein´s Umformungen
v=s/t
v=c
s=Raum
t=Zeit
c=Raum/Zeit
Gedankenexperiment!
Bewegte Uhren laufen langsamer als Stehende
Zeitdilatation
"Unter Einwirkung von Schwerkraft gehen Uhren langsamer"
4. Dimension
Zeit
Raum
Masse
Einstein erklärt die Schwerkraft als Krümmung des Raums
Körper fallen in der Krümmung der Raumzeit nach unten
Einstein:"Der "Tod" von Sternen ruft eine so starke Raumkrümmung hervor, dass sich ein Teil der Raumzeit abkapselt"
Mindestens 1,5 Sonnenmassen
Sonnenmasse = 1,989x10^30 kg
Erdmasse = 5,974 · 10^24 kg
Wenn nicht erreicht, wird die
Chandraskhar-Grenze nach Subrahamanyan Chandrasekhar
nicht überschritten und es bildet
sich ein weißer Zwerg
Gravitationskollaps
Die Masse fällt unter ihrem Eigengewicht immer weiter zusammen und komprimiert sich weiter
Die Masse wird Singular
Ein schwarzes Loch ist entstanden!
Mit abstand die schwersten Obejekt im Kosmos
10.000 - 21.000.000.000 Sonnenmassen
Größtes bekanntes ist der AGN/AGK der 320mio Lichtjahre entfernten Glacxie NGC 4889
Jede Galaxie hat in ihrem Kern ein supermassereiches schwarzes Loch
Ein AGN/AGK
(Active galaxy Nucleid/Aktiver Galaxie Kern) wird "inaktiv", wenn
0,1-0,2% der Wirtsgalaxie absorbiert
wurden, weil ein großteil der Masse
in Reichweite bereits verschlungen wurde.
Temporaler Nachweis
Selbst die Zeit wird in der nähe eines schwarzen Lochen so stark gekrümmt, dass man dies ohne weitere Hilfsmittel beobachten könnte
Chandra-crab
www.wikipedia.org
Eruptiver Nachweis
Durch zerreisen von Sternen
können extrem massereiche Objekte bestimmt
werden, wenn keine Kollision von mehreren Objekten vorliegt.
www.weltderphysik.de
Schwarzes Loch mit Akkretionsscheibe "zerreißt" Stern
Abberativer Nachweis
Durch verkrümmte Planetenlaufbahnen oder Gravitationslinsen können massereiche Objekte nachgewiesen werden
Gravitationslinseneffekt
hubblesite.com
hubblesite.org
Einsteinkreuz
www.wikipedia.org
www.francescoiacopino.com
Gravitationslinseneffekt (Schema)
Kinematischer Nachweis
Durch Planetenbewegung um ein Objekt der Betrachtung kann auf Masse geschlossen werden
Sonnenmasse = 1,989 × 10^30 kg
Erdmasse = 5,974 · 1024 kg
Exkurs
Was sind Neutronensterne?
Typischerweise ca. 20km Durchmesser
Masse liegt bei 1,44 - 3 Sonnemassen
Dadrüber: schwarzes Loch
Dadruter: Weißer Zwerg
Dichte
Vgl. Erddichte(Mittelwert) = 5,515 g/cm^3
1cm^3 = Eiswürfel mit 500-1400m Kantenlänge
Atomdichte
Gravitation extrem stark.
Ein Objekt wird aus 1m fallen gelassen
Nach einer Mikrosekunde schlüge es
mit 7.200.000 km/h auf!
Durch gravitative Lichtablenkunge kann man "um die Ecke gucken"
www.wikipedia.org
Schalenaufbau von Neutronensternen
www.wikipedia.org
Gravitationslinseneffekt (mit markierten Objekten)
Nachweismethoden
Supermassereiche schwarze Löcher
Schwarze Löcher
Entstehung von schwarzen Löchern
Ende
Danke fürs lauschen und viel Spaß mit den Kopfschmerzen und dem neu erworbenen Wissen
Quellen
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/29/Earbhnscity.png
http://www.youtube.com/watch?v=f0dM8dx7Clw
http://de.wikipedia.org/wiki/Allgemeine_Relativit%C3%A4tstheorie#Schwarze_L.C3.B6cher
http://www.youtube.com/watch?v=tuYyihbcM0Y
http://www.youtube.com/watch?v=vPLMFiN2SzU&feature=related
http://www.usm.uni-muenchen.de/people/saglia/dm/galaxien/alldt/node65.html
http://www.youtube.com/watch?v=GdxhrfKO9Ew&feature=related
Phoenix
Das große Tafelwerk interaktiv - Astronomie S.83-86
http://www.weltderphysik.de/gebiet/astro/news/2012/schwarzes-loch-erzeugt-super-wind/
http://www.weltderphysik.de/gebiete/theorie/energie-masse-aequivalenz/
http://de.wikipedia.org/wiki/Neutronenstern
http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenmasse
http://de.wikipedia.org/wiki/Sternentwicklung#Sternentwicklung
http://de.wikipedia.org/wiki/Quarkstern
http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit
http://de.wikipedia.org/wiki/Spektralklasse
http://de.wikipedia.org/wiki/%C3%84quivalenz_von_Masse_und_Energie
http://de.wikipedia.org/wiki/Gravitationslinse
Ensembleentwicklung von AGNs (Thorben K.)
Supernovae (Thorben K.)
Grundlagen der Astrophysik 17. Galaxien (Prof. Dr. S. Wolf)
Grundlafen der Astrophysik 10. Sternentwicklung (Prof. Dr. S. Wolf)
http://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzes_Loch
http://de.wikipedia.org/wiki/Sagittarius_A*
http://de.wikipedia.org/wiki/Galaxie
http://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzschild-Radius
http://de.wikipedia.org/wiki/Akkretionsscheibe
http://de.wikipedia.org/wiki/Supernova#Kernkollaps-_oder_hydrodynamische_Supernovae
http://de.wikipedia.org/wiki/Nukleosynthese
http://de.wikipedia.org/wiki/Stephen_W._Hawking
http://de.wikipedia.org/wiki/Hawking-Strahlung
http://de.wikipedia.org/wiki/Chandrasekhar-Masse
http://de.wikipedia.org/wiki/Gravitationskollaps
http://de.wikipedia.org/wiki/Allgemeine_Relativit%C3%A4tstheorie#Raumzeitkr.C3.BCmmung
http://de.wikipedia.org/wiki/Ereignishorizont
http://de.wikipedia.org/wiki/Raumzeit
http://www.youtube.com/watch?v=vPLMFiN2SzU&feature=related
http://www.usm.uni-muenchen.de/people/saglia/dm/galaxien/alldt/node65.html
http://www.youtube.com/watch?v=GdxhrfKO9Ew&feature=related
http://www.donquijote.org/travel/profiles/images/usa-map.jpg
Quellen
"Somit können Raum und Zeit nicht konstant sein"
Die Erde und ein schwarze Loch
Spezielle Relativitätstherorie
Allgemeine Relativitätstheorie
Die spezielle Relativitätstheorie gilt nur im Inertialsystem. Deshalb bezieht die allg. Relativitätstheorie Gravitation mit ein
Freier Fall entspricht Schwerelosigkeit
--> Beschleunigung entspricht Gravitation
Licht kann also in gleicher Zeit mehr Strecke zurücklegen. PROBLEM: c=const.
Raum muss gekrümmt werden
"Körper schrumpfen unter Einwirkung von schwerkraft"
Die Relativität von Raum und Zeit nach
Einstein "Raumzeit" oder "Raumzeitkontinuum"
Gedankenexperiment!
Sagittarius A*
1931
Karl Jansky entwickelt ein
System zur transatlantischen
Radiowellenübertragung
1933
Unbekanntes Hintergrundgeräusch lässt sich keiner Quelle zuordnen
Wissenschaftler rechnen mit einem schwarzen Loch
Europäer
Amerikaner
Reinhold Genzel
Andrea Ghez
La-Silla-Observatorium & VLT
Keck-Observatorium
Fotodokumentation
Wie weist man etwas nach,
was man nicht sieht?!
Die Radioquelle im Milchstraßenzentrum stellte sich als schwarzes Loch mit 4.300.000 Sonnenmassen heraus
Man taufte sie Sagittarius A*
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