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Thema: Gravitationswellen von kollabierenden Schwarze Löcher

  1. #1
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    Beitrag Gravitationswellen von kollabierenden Schwarze Löcher

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    Wenn man die Vorstellung zulässt, dass ein Schwarzes Loch aus einem dichten Kern und einer weniger dichten Hülle besteht (Vorschlag von Bernhard vom 6.6. 2017 (21), siehe Diskussion im Forum zu „Schwarzen Löchern“), so lässt sich in Analogie zur Situation in einem Weißen Zwerg die Bedingung für einen Kern-Kollaps abschätzen. Dieser Überlegung liegt der Gedanke zu Grunde, dass die Chandrasekhar-Grenze ein Maß für die kritische Masse ist, bei der die Gesamtgravitationsenergie eines Weißen Zwerges die Gesamtteilchenenergie der kondensierten Elektronen übersteigt. Deren Raumbedarf ist auf Grund des Comptondurchmessers dicht gepackter Elektronen gegeben. Jenseits der kritischen Gravitation verlieren die Elektronen ihre Identität und verschmelzen mit den Nukleonen zum Neutronenstern. Ähnlich lässt sich eine durch die Comptonlänge der Nukleonen bestimmte Massengrenze für die Stabilität des Kerns abschätzen: Übersteigt die Gesamtgravitationsenergie die Gesamt-Teilchenenergie der in einem Nukleonenkondensat vereinigten Teilchen im Zentrum eines Schwarzen Loches, so sollte dieses ebenfalls in einen engeren Raumbereich kollabieren.
    Bei einem solchen Kollaps würden sehr große Energiemengen frei werden, weil zum einen die Ausgangsmasse sehr groß wäre, zum anderen nach dem Kollaps ein superdichter Materiezustand zu erwarten wäre. Der Betrag der frei werdenden Energie würde stark von der Dichte nach dem Kollaps, d.h. dem dann erreichten Materiezustand abhängen. Der aus dieser Aufheizung aus der potentiellen Energie gewonnene Energiezuwachs („zunehmende Gesamtmasse“) müsste sich in einer außen spürbaren Erhöhung der Gravitations-Wirkung des Schwarzen Loches und einer Ausdehnung des Ereignishorizontes bemerkbar machen.
    Ließen sich mit einem Gravitationswellendetektor derartige Ereignisse von Verschmelzungsereignissen Schwarzer Löcher unterscheiden?

  2. #2
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    Zitat Zitat von Jomi Beitrag anzeigen
    Ließen sich mit einem Gravitationswellendetektor derartige Ereignisse von Verschmelzungsereignissen Schwarzer Löcher unterscheiden?
    Bei LIGO wird auch die Form des Signales ausgewertet. Ich denke, dass man hier zwischen einer Verschmelzung und einem Kollaps (Supernova) unterscheiden können müsste, da bei einer Verschmelzung ja sogar die Ausgangsmassen der beiden Komponenten berechnet werden.
    Freundliche Grüße, B.

  3. #3
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    Das Hauptunterscheidungsmerkmal ist, dass ein symmetrischer Kollaps überhaupt keine Gravitationswellen aussendet. Das bedeutet zugleich, dass sich die Gravitationswirkung beim Kollaps nicht ändert. Da die freiwerdende Energie aus (negativer) gravitativer Bindungsenergie stammt, ändert sich in Summe nach außen nichts. Ich darf an Birkhoff erinnern: jede sphärisch symmetrische Vakuumlösung der Feldgleichungen ist nowendigerweise statisch.

  4. #4
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    Zitat Zitat von Ich Beitrag anzeigen
    Das Hauptunterscheidungsmerkmal ist, dass ein symmetrischer Kollaps überhaupt keine Gravitationswellen aussendet..
    Ganz sicher bewiesen??
    Raum IST, Zeit IST.

  5. #5
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    Zitat Zitat von Nathan5111 Beitrag anzeigen
    Ganz sicher bewiesen??
    Ich habe nie etwas gegenteiliges oder einschränkendes dazu gelesen.
    Gruß
    Tom

    Ἓν οἶδα, ὅτι οὐδὲν οἶδα.
    Sokrates

  6. #6
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    Zitat Zitat von Nathan5111 Beitrag anzeigen
    Ganz sicher bewiesen??
    Im Rahmen der ART ja, das ist ein mathematisches Theorem.
    "Eine unmittelbare Konsequenz des Birkhoff-Theorems ist, dass eine sphärisch symmetrische Massenverteilung, die sphärisch symmetrische Schwingungen ausführt, im Außenbereich trotzdem wie eine konstante Punktmasse wirkt. Die Schwingungen haben keine Auswirkungen auf die Raumzeit und können insbesondere keine Gravitationswellen aussenden."

  7. #7
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    Hallo Nathan,

    Zitat Zitat von Nathan5111 Beitrag anzeigen
    Ganz sicher bewiesen??
    in der, inzwischen vielfach bestätigten Theorie, ja.

    Es ist aber eine ganz andere Frage, ob z.B. ein Stern, der, wenn seine Zeit gekommen ist, zu einem schwarzen Loch kollabiert, das auch immer sphärisch symmetrisch tun muß.
    Zumindest der Kollaps zu einem Neutronenstern macht das häufig nicht.

    Herzliche Grüße

    MAC

  8. #8
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  9. #9
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    Aufgrund von Drehimpulserhaltung wird der Kollaps eigentlich immer deutlich nichtsphärisch verlaufen. Meine Antwort bezog sich auf die im OP geäußerte Vermutung "Der aus dieser Aufheizung aus der potentiellen Energie gewonnene Energiezuwachs („zunehmende Gesamtmasse“) müsste sich in einer außen spürbaren Erhöhung der Gravitations-Wirkung des Schwarzen Loches und einer Ausdehnung des Ereignishorizontes bemerkbar machen."

  10. #10
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    Hallo Ich,
    heute muss ich mich an dieser Stelle noch einmal melden, weil mir in den letzten Wochen der Gedanke an die Möglichkeit einer Kern/Hülle-Struktur von Schwarzen Löchern nicht aus dem Kopf gegangen ist. Bei jedem Schwarzen Loch, dessen Masse nur etwas über der minimalen Masse liegt, ist - wenn ich es richtig sehe - die mittlere Dichte - bezogen auf den Schwarzschild-Durchmesser- geringer als die Dichte eines Neutronensterns. Besonders schwere Schwarze Löcher sind durch eine besonders geringe mittlere Dichte gekennzeichnet. Bei homogener und dichter Füllung müssten sie aus einem Kondensat aus sehr vielen Elementarteilchen bestehen, die erheblich leichter als Nukleonen sind. Alternativ wäre entweder ein „Nukleonen-Gas“ oder eine innere Struktur mit inhomogener Massenverteilung denkbar.
    Wenn wesentliche Teile der Masse eines Schwarzen Loches nicht gleichmäßig innerhalb des Ereignishorizontes verteilt sind, sondern das Schwarze Loch eine Art Kern-Hülle-Struktur hat, so ist die Gravitationswirkung, die das Schwarze Loch nach außen ausübt, von der Verteilung der Masse im Inneren abhängig, und Änderungen der lokalen Verteilung können sich nach außen auswirken, auch wenn sich die Gesamtmasse des Schwarzen Loches nicht ändert.
    Wenn in einem so gedachten aus Kern und Hülle bestehenden Schwarzen Loch zum Kern hin in irgendeiner Weise eine Massenverdichtung abläuft, so wird dabei Gravitationsenergie frei. Aus dieser Kontraktion eventuell entstehende Strahlung kann den Ereignishorizont nicht passieren, sondern bleibt im Inneren. Da auf Grund der frei werdenden Gravitationsenergie jede Massenverdichtung – gleich ob Strahlung entsteht oder nicht – im Inneren des Schwarzen Lochs verbleibt, sorgt jede gedachte Materie-Verdichtung im Inneren eines Schwarzen Lochs für eine Zunahme seiner auf äußere Objekte wirkenden Gravitation, mithin also seiner Masse.
    Die Möglichkeit einer Kern-Hülle-Struktur vorausgesetzt könnten superschwere Schwarze Löcher aus einer besonders hohen Verdichtung der Materie im Inneren eines zunächst leichteren Schwarzen Loches hervorgegangen sein. Ein solcher Effekt wäre denkbar, wenn im Inneren eines Schwarzen Loches ein Kondensat aus Elementarteilchen entstehen könnte, deren Compton-Durchmesser erheblich unter denen von Nukleonen liegen.

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