Schwarze Löcher

Hallo,
hätte noch einige Fragen zum Thema.
Schwarze Löcher sind doch immateriell im Sinne unserer Physik. Alle Materie ist verschwunden in einem Punkt, den die Physiker Singularitet nennen. Die PunktSingularitet gilt für Schwarzschildlöcher. Rotierende SL haben eine RingSingularitet, laut Roy Kerr, der gerade den schwedischen CrafoordAstronomiePreis erhalten hat, was ungefähr einem halben NobelPreis entspricht. Einen Punkt kann man sich ja vielleicht noch vorstellen, aber eine eindimensionelle RingSingularitet, da hörts bei mir auf.
Wie dem auch sei, mit der so genannten KerrMetrik kann man berechnen und erklären, was so im Raume um das rotierende SL herum geschieht. Nicht rotierende SchwarzschildLöcher soll es ja nicht geben. Ein KerrLoch gibt doch aber kontinuierlich Energie in den Raum ab in Form von Gravitationswellen. Vom Inneren des SL kann die ja nicht herkommen, also müßte das SL irgendwann mal aufhören zu rotieren. Oder ist die Überlegung falsch?
Umgekehrt, was würde rein theoretisch passieren, wenn ein SL schneller und schneller rotiert. Wie Kerr gezeigt hat, passiert ja doch was im Inneren. Mathematisch müßte es eine Rotationszahl geben, die das SL auseinanderreißt.
Und da kann man sich ja auch fragen, was rotiert da eigentlich. Materie wie ein Neutronenstern ist es nicht. Ein rotierendes Gravitationsfeld?
Als die beiden SL zusammenschmolzen, war die gemeinsame Masse ca 4 Sonnenmassen kleiner, die abgestrahlt wurden. Wo kamen die denn dannn her? Aus dem Inneren der beiden SL doch nicht. Oder?
Schwer zu verstehen.

Hallo Hans,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Ein KerrLoch gibt doch aber kontinuierlich Energie in den Raum ab in Form von Gravitationswellen.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
nur wenn Massen beschleunigt (oder abgebremst) werden. Ich denke man konnte das gut in den Simulationen zur Gravitationswellen-Entdeckung im Februar sehen. Die Gravitationswellen werden nur bis zur Kollision emittiert, das resultierende Schwarze Loch hingegen strahlt nichts mehr ab.

Hans,
Drehimpuls ist Rotation, ist Masse (Trägheitsmoment) mal Umlaufgeschwindigkeit. Und wo Geschwindigkeit im Spiel ist, da ist auch kinetische Energie vorhanden. Was passiert also, wenn der Drehimpuls zunimmt? Die Energie nimmt zu. Mit E=mc^2 besteht für Energie ein Masseäquivalent. Ergebnis ist, das SL wird schwerer (und das Trägheitsmoment nimmt zu - was da genau gilt, da bin ich überfragt) und nicht unbedingt schneller. Was da sich im Innern abspielt ... keine Ahnung. Wer das weiß, hat einen Nobelpreis sicher.

Du kannst auch nicht beliebig Rotationsimpuls in ein SL zuführen. Mehr als über eine Akkretionsscheibe geht nicht. Die erreicht ja schon maximal knapp LG am Ereignishorizont. Der ist ja so definiert.

Warum sollen dabei Gravitationswellen entstehen? Zwar verbiegt ein rotierendes SL um sich herum die Raumzeit wie ein Korkenzieher, aber der Zustand ist dann statisch. Ist wie eine Serpentinenstraße im Gebirge. Die bewegt sich auch nicht, nur der Autofahrer/Radfahrer muss sich durchkurven, wenn er sie nimmt.

Die abgestrahlte GW-Energie bei der Verschmelzung stammt aus dem Gravitationspotential der gegenseitigen Anziehung der SL.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: HWS</i>
<br />Ein KerrLoch gibt doch aber kontinuierlich Energie in den Raum ab in Form von Gravitationswellen. Vom Inneren des SL kann die ja nicht herkommen, also müßte das SL irgendwann mal aufhören zu rotieren. Oder ist die Überlegung falsch?

<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Ja, ist sie. Rotationssymmetrische Körper strahlen nicht, wenn sie um die Symmetrieachse rotieren. Nehmen wie einen eiförmigen Körper. Dann kann man sich hilfsweise vorstellen, daß dieser in einem Medium keine Wellen erzeugt*, wenn er um die Symmetrieachse rotiert, senkrecht dazu aber schon. Ein kugelsymmetrischer Körper, dessen Volumen sich unter Beibehaltung dieser Symmetrie ändert, generiert keine Gravitationswellen. Ein Doppelsternsystem wiederum schon. Technisch spricht man von einem zeitlich veränderlichen Massen Quadrupolmoment als Voraussetzung dafür, daß GW abgestrahlt werden.

* Diese Vorstellungshilfe habe ich mir momentan aus den Fingern gesaugt, in der Hoffnung, daß sie standhält.

Danke!
SL sind also kugelrund. Die Bewegung ist gleichförmig und deswegen keine Energieabgabe.
Wenn die beiden SL verschmelzen, wird es so turbulent im Raum rundherum, daß das resultierende SL mehrere Sonnenmassen leichter wird, die in Form von Energie Gravitationswellen verursachen.
Wo genau aber kommt diese Energie her? Materie und Energie kann doch aus einem SL nicht herauskommen, weggesehen von der Hawkingsstrahlung.
Oder kann man die SL nicht als Körper betrachten, wie z.B. einen Neutronenstern, trotz daß sie schön kugelrund sind und rotieren.
Gruß Hans

Hallo Hans,

ein rotierendes Schwarzes Loch bildet eine sog. Ergosphäre und sieht damit wie ein abgeplattetes Ellipsoid aus. Es zieht den Raum zwar mit der Rotation mit (frame-dragging), staucht und dehnt ihn aber nicht periodisch. Deshalb kann sich auch keine Stauchung/Dehnung des Raums ausbreiten und deshalb strahlt es keine GW ab.

Zwei sich umkreisende Massen dehnen und stauchen den Raum hingegen periodisch. Der Energieverlust durch die dabei abgestrahlten GW bewirkt, daß die Bahn der beiden Massen nicht stabil ist. Sie spiralen zusammen, bis sie verschmelzen. Das gilt für Massen allgemein und damit auch für Schwarze Löcher. Damit ist glaube ich klar, daß aus den Schwarzen Löchern selbst keine Energie entweicht. Diese Vorhersage der ART ist der Intuition sicherlich nicht besonders gut zugänglich. Eine Analogie hat man bei beschleunigten Ladungen, z.B. Elektronen in einer Antenne. Sie strahlt elektromagnetische Wellen ab, wobei der Sender für den Energie Nachschub sorgt.

Grüße, Günter

Ja, Günter,
wieso wird aber SL1SL2&lt;SL1+SL2. Irgendwas ist doch da weggenommen worden. Wenn weder Materie noch Energie den SL´s entweichen können, müßten die drei/vier Sonnenmassen wo anders herkommen.
Soll man das vielleicht so sehen: dem Elektron muß dauernd Energie zugeführt werden, um zu strahlen. SL1SL2 hat Bewegungsenergie verloren nach dem Verschmelzen und wird deswegen leichter als SL1+SL2. Der "Sender" wäre dann alle Zwischenstufen von SL1+SL2 bis SL1SL2.
Gruß Hans

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Thomas1601</i>
<br />Nicht nur meiner Überzeugung nach gibt es im Universum zu jeder Erscheinung auch eine Gegenerscheinung:<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
[?][?].

Demnach müsste es zu jedem Urknall auch einen Big Crunch geben, was zwar als naheliegend erscheint, aber nicht unbedingt mit der Realität übereinstimmen muss, wie die Satelliten WMAP und Planck gezeigt haben.

In der Elementarteilchenphysik kann die schwache Wechselwirkung die CP-Symmetrie verletzen, was identisch ist mit einer Verletzung der Zeit-Symmetrie. Mit anderen Worten es gibt da Prozesse, die nicht umkehrbar sind. Siehe hierzu auch https://de.wikipedia.org/wiki/Sacharowkriterien

Zuletzt gibt es in der Thermodynamik die irreversiblen Prozesse. Jede zerbrochene Tasse und jedes "abgefackelte" Zündholz ist ein solcher Prozess.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: HWS</i>
<br />wieso wird aber SL1SL2&lt;SL1+SL2. Irgendwas ist doch da weggenommen worden. Wenn weder Materie noch Energie den SL´s entweichen können, müßten die drei/vier Sonnenmassen wo anders herkommen.
Soll man das vielleicht so sehen: dem Elektron muß dauernd Energie zugeführt werden, um zu strahlen. SL1SL2 hat Bewegungsenergie verloren nach dem Verschmelzen und wird deswegen leichter als SL1+SL2. Der "Sender" wäre dann alle Zwischenstufen von SL1+SL2 bis SL1SL2.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Ich denke, so kann man es schon sehen. Die "Antenne" ist das System verschmelzender SLer. Dieses System erzeugt die Strahlung. Sie entweicht nicht aus dem Inneren der SLer. Das Äquivalent der abgestrahlten Energie entspricht dem Massenverlust. Dieser liefert die Energie (Sender) für die Strahlung. Für diese Umwandlung von Masse in Energie kenne ich keine anschauliche Vorstellung. Das Ganze dauert den Bruchteil einer Sekunde und ist beendet, sobald das resultierende SL kugelförmig ist und deshalb nicht mehr strahlt.

Das Problem mit den Massen ist dass aus der Orginalveröffentlichung nicht hervorgeht WIE die Masse der SL definiert sind. Sind das die Massen die die SL haben würden wenn sie unendlich weit voneinander entfernt sein würden oder ist es die "Wechselwirkungsmasse" der jeweiligen SL mit dem anderen.
Falls letzteres der Fall ist (was ich mal stark annehme) kommt die Energie für die Gravitationswellen einfach aus dem sich ändernden Gravitationspotential der beiden Massen wenn sie sich annähren.
Grüße, Markus

Was ist denn eine "Wechselwirkungsmasse"?

Du kannst auch Wechselwirkungsenergie schreiben, Energie und Masse sind ja äquivalent.
Wenn zwei Körper miteinander wechselwirken (über welche Kraft auch immer) ändert sich ihre Energie und damit ihre Masse.
Wie beim Atomkern, der aufgrund der Bindungsenergie eine andere Masse hat als die Summe aller Bausteine.
Grüße, Markus

Die kinetische Energie zweier Körper kann sich bei gravitativer Wechselwirkung (z.B. beim Einspiralen) ändern, nicht aber deren Masse. Masse ist invariant. Und insofern ist meines Erachtens eine Angabe von x Sonnenmassen unmißverständlich.
Anders ist es bei der Verschmelzung der beiden SLer, da wird tatsächlich Masse in Strahlung umgewandelt.

Grüße, Günter

Nochmal: Energie=Masse
Man kann das eine in das andere umwandeln:
Masse-&gt;Energie: Anihilation zw. Materie und Antimaterie
Energie-&gt;Masse: Teilchenkollisionen in Beschleunigern bei denen neue Teilchen entstehen

Um mal bei den Atomen zu bleiben: Es ist was anderes ob du vier Protonen und vier Neutronen einzeln wiegst oder alle zusammen in einem Atomkern. Aufgrund der Bindungsenergie wird der Atomkern leichter sein als die Summe der Bauteile. Nichts anderes passiert bei den SL, nur eben auf größerer Skala. Zwei einzelne Löcher sind leichter als das verschmolzene weil "Bindungsenergie" frei wird. Diese stammt hier aus dem Gravitationspotential.

Grüße, Markus

P.S. Ist nicht so dass ich mir das hier aus den Fingern sauge, Quelle ist ein Talk von Prof. Podisiatlowski aus Oxford (Beteiligt an der Simulation über die Entstehung des Binärsystems) über dieses Thema den er bei uns am Institut gehalten hat.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: GünterD</i>
<br />Die kinetische Energie zweier Körper kann sich bei gravitativer Wechselwirkung (z.B. beim Einspiralen) ändern, nicht aber deren Masse. Masse ist invariant.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Und noch ein Nachtrag: Natürlich ändert sich die Masse eine Körpers wenn man ihm kinetische Energie zuführt, also beschleunigt. Schau dir noch mal die spezielle Relativitätstheorie an:
m=m_0/(sqrt(1-(v^2/c^2)))
Je schneller ein Körper ist, desto höer ist seine Masse. Bei v=c wäre die Masse dann unendlich.
Einzig die RUHEMASSE eine Körpers ist immer konstant, wir reden aber in der Regel von bewegten Massen
In unserem Alltag merken wir davon natürlich nix...

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Q4ever</i>
<br /><blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: GünterD</i>
<br />Die kinetische Energie zweier Körper kann sich bei gravitativer Wechselwirkung (z.B. beim Einspiralen) ändern, nicht aber deren Masse. Masse ist invariant.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Und noch ein Nachtrag: Natürlich ändert sich die Masse eine Körpers wenn man ihm kinetische Energie zuführt, also beschleunigt. Schau dir noch mal die spezielle Relativitätstheorie an:
m=m_0/(sqrt(1-(v^2/c^2)))
Je schneller ein Körper ist, desto höer ist seine Masse. Bei v=c wäre die Masse dann unendlich.
Einzig die RUHEMASSE eine Körpers ist immer konstant, wir reden aber in der Regel von bewegten Massen
In unserem Alltag merken wir davon natürlich nix...
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Das Konzept der relativistischen Masse ist veraltet.

https://de.wikipedia.org/wiki/…_Relativit.C3.A4tstheorie

"Der Begriff der relativistischen oder relativistisch veränderlichen Masse wird in der populären Literatur heute noch benutzt, jedoch zunehmend vermieden, ... "

Schon Einstein wandte sich davon ab, s. weiter unten im Artikel. Die Beobachterabhängigkeit der relativistischen Masse stiftet allenfalls Verwirrung. Was passiert mit einem Neutronenstern, an dem ein Beobachter mit relativistischer Geschwindigkeit vorbei fliegt?

Oder hier: http://www.itp.uni-bremen.de/~noack/masse.pdf Seite 15 unten

Du kannst ganz sicher davon ausgehen, daß in der Orginalveröffentlichung die invarianten Massen gemeint sind.

Grüße, Günter

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: GünterD</i>
"Der Begriff der relativistischen oder relativistisch veränderlichen Masse wird in der populären Literatur heute noch benutzt, jedoch zunehmend vermieden, ... "

Schon Einstein wandte sich davon ab, s. weiter unten im Artikel. Die Beobachterabhängigkeit der relativistischen Masse stiftet allenfalls Verwirrung. Was passiert mit einem Neutronenstern, an dem ein Beobachter mit relativistischer Geschwindigkeit vorbei fliegt?

Du kannst ganz sicher davon ausgehen, daß in der Orginalveröffentlichung die invarianten Massen gemeint sind.

Grüße, Günter
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Wenn du schon zitierst, dann bitte auch vollständig
Die rel. Masse gibt in den Gleichungen für den rel. Impuls und die rel. Energie die richtigen Ergebnisse. Und das sind genau die Gleichungen die man braucht wenn man die Bewegung eines Körpers mit hoher Geschwindigkeit betrachtet.

Was jetzt aber die bewegten Massen mit den SL zu tun haben sollen versteh ich nicht ganz. Davon war nicht die Rede, der Verweis auf die rel. Masse bezog sich auf deinen Kommentar zur kinetischen Energie der beiden Körper beim Einspiralen.

Das hat mit den Wechselwirkungen der Gravitationspotentiale an sich erstmal nix zu tun. Eine Änderung der Masse ändert primär erstmal nur deren Tiefe.

Wenn wir mal ehrlich sind können wir die Gleichungen der spez. Relativitätstheorie ind solchen Fällen aber eh vergessen und müssten zur allgemeinen Form wechseln. Dafür sind meine Kenntnisse in mehrdimensionaler Tensorrechnung aber nicht gut genug^^

https://www.ligo.caltech.edu/video/ligo20160211v10

Diesen Video zeigt recht gut wie die Potentiale wechselwirken und die Abstrahlung von Gravitationswellen zur Einspiralen führt.
Grüße, markus

P.S.
Beim Neutronenstern passieren ganz eklige Dinge, da hast du recht. Dazu muss ich mich aber nicht schnell an ihm vorbei bewegen, die Dinger sind auch eklig zu beschreiben wenn man sie als ruhender Beobachter untersucht...

Schwarzen Löchern Masse zuzuschreiben ist vielleicht irreführend für Laien. Physikalisch ist das ja richtig, aber wir reden doch immer von Sonnenmassen und unsere Sonne ist nun mal ein högst spürbarer Klumpen Materie. Auch einen Neutronenstern stellen wir uns gerne vor mittels des berühmten Teelöffels, dessen Inhalt auf der Erde Milliarden Tonnen wiegen würde.
Ein SL ist aber nichts. Man kann es noch nicht einmal sehen. Ein Loch im Raum mit einer gewissen Ausdehnung - ein Gravitationsfeld mit einem Gravitationspotential, das einer gewissen Anzahl Sonnenmassen entspricht.
Markus schreibt: "kommt die Energie für die Gravitationswellen einfach aus dem sich ändernden Gravitationspotential der beiden Massen wenn sie sich annähern." Ersetzt man den Ausdruck "Masse" mit Gravitationsfeld, so kann man sich dann auch vorstellen, daß die ausgesandten Gravitationswellen(Energie) das resultierende Gravitationsfeld kleiner machen als die eingehenden Felder und damit auch die Gesamtmasse.
Kann man es so sagen?
Gruß Hans

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Q4ever</i>
Eine Änderung der Masse ändert primär erstmal nur deren Tiefe.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Wie das? Nach welchem physikalischen Gesetz hängt die Masse von der Tiefe ab?

Danke, das Video ist super!

Die Tiefe hängt von der Masse ab, nicht umgekehrt... Größere Masse auf gleichem Raum gleich stärkere Gravitation gleich tieferes Potential gleich stärkere Krümmung der Raumzeit.

Aber ich habe das Gefühl wir driften hier vom eigentlichen Thema des Threads weg. Zum Ursprung der Grav.wellen kam ja zumindest kein Widerspruch.

(==&gt;)Hans: Ja ich denke das kann man so schreiben.

Markus

Das ist (leider) immer noch ein Geheimnis (selbst für Physiker wie Steven Hawking). Vielleicht könnte man ein SL aber auflösen, wenn man es zentrifugiert, weil das wäre ja eine gegensätzliche Kraft, die die Wirkung der Gravitation aufheben könnte. (Reine Spekulation)

Moin Jan H.,
wie willst du ein SL in Rotation setzen?
Da ist keine Achse mit Zahnrad, wo man ein Motor dran setzen kann. Unterm Strich bleibt nur die Möglichkeit, tangential auf den Ereignishorizont per Laser soviel Lichtimpuls auszuüben, dass es rotiert oder gleich Masseteilchen mit Höchstgeschwindigkeit einzuschießen.

Letzteres macht doch die Natur schon, wenn sich etwas einem SL auf einer Spiralbahn annährert. Ist es bekannte Materie (z.B. Gaswolke oder eine gewöhnliche Sonne), wird das Material in eine Akkretionsscheibe um das SL zerlegt (aufgrund der Riesen-Kräfte im Gravitationspotential), vielleicht wird ein Teil davon auch weggeschleudert, wenn eine Sonne mit vergleichbarer Gesamtmasse sich annähert und damit das SL + Sonne um ihren gemeinsamen Schwerpunkt bewegen. ... Egal, was da im einzelnen passiert, auf der Innenkante der Akkretionsscheibe (am Übergang zur Ergosphäre) erreicht alles seine Maximalgeschwindigkeit, bis zu 30% davon wird von der Reibung sogar in Strahlung umgewandelt, bevor es dann hinterm Ereignishorizont vershcwindet.

Zudem ... jeder Form von Energie, die man dem SL zuführt, erhöht gemäß E=m*c^2 seine Masse; Das SL wird schwerer. Fazit: Rotierende SL, die man schneller rotieren lassen möchte, rotieren am Ende nicht beliebig schneller, so dass am Ereignishorizont die LG überschreiten würde), sondern werden schwerer. Und der im SL gespeicherte Drehimpuls (vereinfacht: ein Produkt aus Rotationsfrequenz und Masse/Massenträgheitsmoment) wird ja dadurch auch größer. Aber "platzen" wird es so nicht.

Das nur zur Veranschaulichung des Gedankenproblems. Für die Berechnung eines rotierenden SL kommt man an der Anwendung der allg. RT nicht vorbei. Dazu bedient man sich der Kerr-Metrik oder noch allgemeiner der Kerr-Newmann-Metrik. Rotierende SL verdrillen um sich herum die Raumzeit. Man nennt diesen Bereich Ergosphäre. In diesem Bereich rotiert alles mit um das eigentliche SL, was sich dort befindet, wie ein Boot in einem großen Wasserstrudel.

Die Begrenzung der Bewegung von massebehafteten Teilchen auf "immer kleiner als LG, niemals gleich LG" kennt man, wenn man z.B. Protonen/Elektronen etc. in einem Linearbeschleuniger versucht auf LG zu beschleunigen. Die Teilchen können - egal wieviel Energie man zuführt niemals "auf LG" gebracht werden, sie können sich nur der LG annähern, gleichzeitig werden sie schwerer und speichern konsequent die ihnen zugeführte kinetische Energie.

Gruß

Hallo Kalle. Ja das ist echt nicht leicht.. Man kann es einfach nicht zerstören