Primodiale Schwarze Löcher

mac

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Hallo Sky,

Odin hatte heute diesen Link in einem anderen Thread gepostet. Nicht genau das Thema aber immerhin.


dabei ist mir dieser Absatz unangenehm aufgefallen:
Je schwerer die Gravitationsmonster, desto länger leben sie: Die kleineren ihrer Art sind daher schnell verstrahlt, während diejenigen mit einer 100.000-fachen Sonnenmasse mehrere hunderttausend Jahre überlebt haben sollten.
entweder hab’ ich da etwas gründlich missverstanden, oder der Autor des Artikels.


Für Massimo Ricotti könnten diese Schwarzen Löcher auch einen Teil der mysteriösen Dunklen Materie ausmachen, die für Teleskope unsichtbar und nur durch ihre Schwerkraft bemerkbar ist.
aber immerhin bin ich nicht ganz allein mit meinen Ideen. :D

Herzliche Grüße

MAC
 

Joachim

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Hi Sky,

Schön ... Was ich vergessen hatte zu erwähnen: Dass es für Schwarze Löcher eine Massenuntergrenze gibt, die mit der Planck-Masse übereinstimmt, habe ich selbst herausgefunden.

Experimentell oder theoretisch? Beides wäre eine Sensation. Im ersten Fall hättest du erstmals schwarze Löcher direkt nachgewiesen im zweiten hättest du die Vereinigung von ART und Quantenmechanik geschafft.

Wo hast du diese wissenschaftliche Arbeit veröffentlicht?

Gruß,
Joachim
 

Sky Darmos

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Hallo Mac,

Odin hatte heute diesen Link in einem anderen Thread gepostet. Nicht genau das Thema aber immerhin.

Fast genau ^^
Der Unterschied ist, dass nach meiner Vorstellung, alle primodialen Schwarzen Löcher der Dunklen Materie in Form von "Planck-Löchern" erhalten bleiben. So könnten die Schwarzen Löcher vielleicht den größten Teil der Dunklen Materie stellen und nicht nur einen kleinen Anteil, wie es sonst der Fall wäre.
Die Theorie auf dem Link erklärt hauptsächlich, wo die Supermassive Schwarze Löcher, die sich im Zentrum jeder Galaxie finden, herkommen, und weniger die Dunkle Materie.

dabei ist mir dieser Absatz unangenehm aufgefallen:
entweder hab’ ich da etwas gründlich missverstanden, oder der Autor des Artikels.

Ziemlich grober Fehler ...

Lebensdauer eines Schwarzen Lochs:

t=M^3/3K wobei K:=h*c^4/(30720*pi^2*G^2)=3.98*10^15.

Auch nur eine Sonnenmasse würde ein primodiales Schwarzes Loch nahezu unsterblich machen. 2*10^67 Jahre würde es brauchen um zu zerstrahlen! (vorrausgesetzt es frisst nichts)
 

Sky Darmos

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Hallo Joachim,

Experimentell oder theoretisch? Beides wäre eine Sensation. Im ersten Fall hättest du erstmals schwarze Löcher direkt nachgewiesen im zweiten hättest du die Vereinigung von ART und Quantenmechanik geschafft.

Hawking ist auch ohne QG zu dem Schluss gekommen dass Schwarze Löcher strahlen. Ich habe zwei zusammenhängende Theorien zum Thema QG, aber diese nehmen auf die Überlegungen hier keinen Einfluss.

Darüber was ein "direkter Nachweis" ist, kann man sich streiten ...

Wo hast du diese wissenschaftliche Arbeit veröffentlicht?

Ich habe bisher keine meiner Theorien veröffentlicht - aus dem einfachen Grund, dass ich noch nicht studiert habe. Normalerweise schreibe ich auch im Internet nie über meine Theorien - nur hier und da ein paar Meinungen zu grundlegendem.

Gruß,
Sky.
 
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Joachim

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Hallo Sky,

Hawking ist auch ohne QG zu dem Schluss gekommen dass Schwarze Löcher strahlen.

Das brauchte er auch nicht, da er Schwarze Löcher mit wesentlich grösseren Ausdehnungen als die Plancklänge betrachtet hat.

Es ist also nur eine Vermutung von dir, dass Schwarze Löcher mit Plankmasse nicht zerfallen können. Schade, dass du uns die Gründe für diese Vermutung nicht mitteilen magst.

Gruß,
Joachim
 

Sky Darmos

Registriertes Mitglied
Das brauchte er auch nicht, da er Schwarze Löcher mit wesentlich grösseren Ausdehnungen als die Plancklänge betrachtet hat.

Trotzdem liegt seine Theorie im Bereich der Quantengravitation.

Es ist also nur eine Vermutung von dir, dass Schwarze Löcher mit Plankmasse nicht zerfallen können. Schade, dass du uns die Gründe für diese Vermutung nicht mitteilen magst.

Ich dachte ich hätte das hier verständlich hergeleitet. Siehe Beitrag Nr. 5 und 11.
 
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Joachim

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Hallo Sky,

meinst du diese Antwort an Ich?

Mit dem Schwarzen Loch schrumpft auch die Breite der Frequenzverteilung.
Nehmen wir einmal das Schwarze Loch der Planckmasse. Sein Durchmesser ist die Planck-Länge, die Breite des Spektrums muss entsprechend kleiner sein. Ein Spektrum mit einer Breite kleiner als die Plancklänge ist kein Spektrum mehr.

Die setzt doch auch voraus, dass du weißt, wie sich die Physik auf der Größenordnung der Plancklänge verhält. Das weiß man aber nicht, wenn man keine Theorie zur Quantengravitation hat. Genau deshalb ist es, wie du sagst: "Der offizielle Stand lautet, dass man nicht weiss was mit einem Schwarzen Loch passiert wenn es so klein geworden ist."

Es gibt zwei mögliche Annahmen:

1) Auf der Planckskala funktioniert die Physik ganz ähnlich wie in grösseren Skalen. Dann wird das Loch weiter zerstrahlen und kein Rest bleiben.

2) Es gibt eine grundlegende Änderung der physikalischen Gesetzmässigkeiten auf der Planckskala. Das ist wahrscheinlich, aber solange man diese Gesetzmäßigkeiten nicht kennt, kann man keine seriösen Angaben dazu machen, was mit den so weit geschrumpften Objekten passiert.

Die Herleitung in #5 hat den Fehler, den dir Ich genannt hat und deine Antwort #11 setzt Wissen voraus, das niemand hat.

Gruß,
Joachim
 

Orbit

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Sky Darmos
Du sagst also, dass ein SL nur bis auf ein Planckteilchenpaar zerstrahlen könne. Dass das Joachim in Frage stellt, verstehe ich; denn wieso sollte ein Planckteilchen nicht auch noch zerstrahlen? Die Planckenergie, welche Du übrigens auch m.E. falsch berechnest, ist die grösst mögliche Energie eines Teilchens, das mit der Planckfrequenz schwingt. Die kann doch quantisiert in beliebig nierfrequentere Energie zerstrahlen, denn eine untere Energiegrenze gibt es nicht.
Die Planckenergie ergibt sich übrigens aus
sqrt(h*c^5/(2pi*G ))
und die ist vier mal grösser, als jene, die Du berechnest.

Gruss Orbit
 

ins#1

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zur QG und den "primordialen SL"

siehe link schrieb:
http://adsabs.harvard.edu/abs/2007AAS...210.8405K
-
In the Randall-Sundrum model of branework gravity, very low mass (<10-18 Msun) primordial black holes could persist to the present day. Keeton & Petters have calculated the gravitational lensing effects of such primordial braneworld black holes. Although the direct lensing effects are too small to be observed, the time delay between images produces interference fringes in the energy spectrum at wavelengths which will be accessible to GLAST in gamma ray bursts. This phenomenon is dubbed "attolensing." Assuming such primordial black holes comprise some fraction of the dark matter, we calculate the probability of observing attolensing of a GRB. The most significant contributions to the probability come from black holes outside of the solar system but within the Galaxy; the attolensing probability is on the same order as that of microlensing. We also simulate GLAST observations of attolensed GRBs to demonstrate with what confidence GLAST would be able to detect such an event.

Ja, dass sie Zusammenbleiben kann, ist ja gerade mein Argument. Sie ist nicht homogen verteilt. Es gab eine Zeit in der Neutrinos als Anwärter für die Dunkle Materie gehandelt wurden. Neutronen:confused: fliegen aber nur durch die Gegend und können keine festen Strukturen bilden. Mitlerweile wissen wir dass es ganze Galaxien aus Dunkler Materie gibt. Deshalb sind Neutrinos hier kein guter Erklärungsansatz. Ich weiss nicht wie das mit WIMPs aussieht.

über die Neutrinos sagt Wikipedia:

Wikipedia schrieb:
Für die Kosmologie sind damit die Neutrinos ein Kandidat für einen Teil der dunklen Materie, können jedoch allenfalls die heiße dunkle Materie stellen.

Wirf' mal einen Blick auf die (besseren) englischen Wikis

oder auch
insbesondere die (noch) hypothetischen Teilchen, da stinkt auch so manches nach DM

Gruß
Patrick
 

Aragorn

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Deshalb weil die Energie der Photonen die Abgestrahlt werden muessten irgendwann größer ist, als die Massenenergie des Schwarzen Lochs selbst.

Die Energie eines Photons der Hawkingstrahlung ist gegeben durch:

E=(h*c^3)/(16*pi*G*M)
...
Hallo Sky,

Ich nehme mal an du hast diese Gleichung wie folgt hergeleitet:

Unschärferelation:

(1) delta_x*delta_p >= h/(4*Pi)

(-> Ortsunschärfe*Impulsunschärfe kleiner h)

Ein Photon mit dem Impuls p=E/c kann demnach nicht innerhalb eines beliebig kleines Ortes (delta_x) eingesperrt werden.
delta_x soll nun durch den Schwarzschildradius des SL (R) vorgegeben sein.

(2) p >= h/(R*4*Pi)

Demnach können Photonen mit einem Impuls p < h/(R*4*Pi) nicht mehr in R eingesperrt werden, weil dies die Unschärferelation verletzen würde.

(3) E = p*c (Energie des Photons = Impuls*c)

Obige Gleichung (3) in (2) eingesetzt:

(4) E_min >= h*c/(R*4*Pi)

den Schwarzschildradius R = 2*G*M/c^2 in (4) eingesetzt liefert:

(5) E_min >= h*c^3/(8*Pi*G*M)


Dann ist die Minimal-Energie der Hawking-Photonen umgekehrt proportional zur Masse des SL.
Es wird immer heißer. Bis die Restmasse gleich E_min/c^2 ist. Dann breitet die Unschärferelation ihren Mantel aus und verhindert die Zerstrahlung des Massenrestes.

E_min = h*c^3/(8*Pi*G*(E_min/c^2))

(6) E_min^2 = h*c^5/(8*Pi*G)

Demnach endet die Zerstrahlung, wenn die im Loch vorhandene Restenergie E_min sich der Planck-Energie nähert (kleiner als 9,8*E+8 Ws ist, entsprechend einer SL-Minimalmasse von M_min = 1,1*E-8 kg).


Aber:

Überlappen die Gültigkeitsbereiche der Gleichungen aus ART und QT?
(-> Lexikon der Physik: Für ein ungeladenes nichtrotierendes Loch mit M >> 1E+17g beträgt die auf Grund des Hawking-Effektes ausgestrahlte Leistung 2/3l)


Ich vermute dies kann man daher nicht so rechnen, bis eine Theorie gefunden die den Gültigkeitsbereich von ART und QT vereint.

PS: Wo ich mich wegem den Unterschied von 1/2 im Ergebnis verrechnet habe, kann ich auf die Schnelle nicht nachvollziehen.

Gruß
Helmut
 
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Joachim

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Hallo Helmut, hallo Sky,

jetzt habe ich auch verstanden, wo euer Denkfehler ist:

Demnach können Photonen mit einem Impuls p < h/(R*4*Pi) nicht mehr in R eingesperrt werden, weil dies die Unschärferelation verletzen würde.

Ihr nehmt an, dass ein Objekt mit Ausdehnung s nur Photonen mit Wellenlänge <=s abstrahlen kann. Wie kommt ihr darauf? Die Photonen müssen vor der Abgabe nicht im Objekt eingesperrt sein, sie werden bei der Abstrahlung erst erzeugt und können viel Länger sein als die Ausdehnung des Objektes.

Beispiel: Ein Natriumatom ist nur einige Ångström groß, strahlt aber Licht mit Wellenlänge von 5890 Ångström ab. Die Photonen der Hawkingstrahlung dürfen, wie auch Orbit schon schrieb, beliebig kleine Energien haben. Schwarzkörperstrahlung eben.

Gruß,
Joachim
 

Aragorn

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Hallo Joachim,

Photonen die von Natriumatomen emmittiert werden, müssen keine Barriere mit der Unschärfe durchtunneln.

Meine Aussage war:
Einem Photon der Energie E<h*c/R ist es erlaubt weiter als der Schwarzschildradius R eines SL zu fliegen.
Diese Photon kann aus dem SL entkommen, obwohl es bei r<R erzeugt wurde.
Unterschreitet die Masse (Energie) des SL diese Photonen-Minimalenergie, kann das SL kein Photon mit ausreichender Energie mehr erzeugen, daß R durchtunneln könnte.

Zumindest wenn der Energieerhaltungssatz auch unter solchen Umständen gültig ist und man die Gleichungen der ART und QT so kombinieren darf.
Aber in der Hinsicht war Hawkings wohl auch nicht sonderlich konsequent (diese Aussage stammt nicht von mir, sondern von einem Physiker der in QFT promoviert hat).

Gruß
Helmut
 
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Ich

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Orbit schrieb:
Ich gratuliere Dir, Ich, zu Deinem ökonomischen Diskussionsstil.
Na, hat doch eine interessante Diskussion angeregt. ;)

Nochmal zur Sache, obwohl mittlerweile Joachim schon einiges erläutert hat:
Hawking ordnet schwarzen Löchern eine Temperatur zu. Je nach dieser senden die ein Spektrum von Photonen (oder sonstigem Zeug) ab, das seinen Mittelwert bei der von Sky genannten Energie hat.
Erstens ist es falsch, und das war, was ich angesprochen habe, dass nur Teilchen mit exakt dieser Energie abgestrahlt werden können. Kleinere Energie ist immer möglich. Zweitens ist es falsch, die Gleichung auf den Endzustend von zwei Teilchen ohne Änderung herunterzubrechen. Das geht nicht mit Temperatur.
Also ist nach heutigem Wissen keineswegs ausgeschlossen, dass beliebig kleine SL zerstrahlen.
Drittens: Selbst wenn dem so wäre, so ist ein Photon oder irgendwas mit Energie Planckmasse keineswegs ein SL. Es gibt immer Bezugssysteme, in denen diese Teilchen annehmbare Energien haben, und andersrum existieren immer auch Bezugssysteme, in denen ungefähr jedes Teilchen des Universums eine Energie entsprechend der Planckmasse (oder eines gelben U-Boots oder was auch immer) hat. Ob daraus ein SL wird, hat gar nichts mit der Energie zu tun, eher mit der Ruhemasse.
Diese Behauptung ist also nur eine Behauptung im Widerspruch zur RT. Da Sky nicht offenbart, wann seiner Meinung nach letztere nicht mehr gilt und was dann passiert, und da er, wenn er es täte, wieder nur eine unbelegte Behauptung aufstellen würde, fällt das Ganze unter Spekulation.
Die Anfangsbedingung ist also falsch, die Schlussfolgerung höchstwahrscheinlich (in diesem Energiebereich wurde verständlicherweise noch nicht getestet) auch.

@Aragorn: beim Tunneln gibt es auch keine Minimalenergie, außerdem geht das Potential mit ein, das bei kleinen SL nicht beeindruckend ist.
 
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Aragorn

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Hallo,

habe das mit den Ungleichungen verbockt.
Müßte bei (5) E < h*c^3/(8*Pi*G*M) heißen.

Demnach gibt es keine Minimalenergie und das SL zerstrahlt komplett.

Gruß
Helmut
 

Orbit

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Demnach gibt es keine Minimalenergie und das SL zerstrahlt komplett.
Und doch ist eine möglich Existenz von langlebigen kleinen Schwarzen Löchern nicht ganz vom Tisch:
In the Randall-Sundrum model of branework gravity, very low mass (<10-18 Msun) primordial black holes could persist to the present day.
Allerdings wären diese Mini-SL von Frau Randall bereits ab einer Masse von 1E12 kg möglich.
Ihr Schwarzschildradius wäre ca. 3E-15 m, also ca. doppelter Nukleonenradius.
Würde alle DM aus solchen SL bestehen, gäbe es wohl über 1E40 davon, also etwa eine Milliarde pro Kubiklichtjahr und wenn man annimt, dass nur 1/100 des Raumes DM enthält, 1E11/ly^3 oder etwa 1E28 in unserem Galaxiencluster. Ihr mittlerer Abstand wäre 2 Milliarden km.

@Ich
Na, hat doch eine interessante Diskussion angeregt.
Stimmt, wie alles, was Du schreibst. Doch manchmal stimmt es derart, dass es einem die Sprache verschlägt - oder besser gesagt - dass einem die Fingerkuppen über der Tastatur einfrieren.^^

In einer solchen Situation wirkt bei mir dann ein fauler Spruch reanimierend.

Herzliche Grüsse
Orbit
 
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mac

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Hallo Orbit,

Allerdings wären diese Mini-SL von Frau Randall noch um mindestens 10 Grössenordnungen kleiner als jene von Sky Darmos propagierten.
ich glaube hier hast Du die Einheitenbezeichnung nicht richtig interpretiert. <10^-18 Msun bedeutet meiner Meinung nach <10^12 kg.

Herzliche Grüße

MAC
 

Orbit

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Hallo mac
Klar, das kommt vom flüchtigen Lesen.
Ich werde mir nun erlauben, da dies noch möglich ist, meinen Betrag entsprechend abzuändern.
Gruss Orbit
 

Sky Darmos

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Hallo Mac, Diesen Beitrag hatte ich vergessen zu beantworten:

Über das Chaos bei den ASCII Zeichen hatte ich mich an anderer Stelle schon gebührend aufgeregt. Hier nehme ich es einfach fatalistisch.

Nein, das Zeichen das ich eingetippt hab, war das chinesische Zeichen für Sonne, das ursprünglich übrigens exakt so aussah wie das Zeichen das du gerne Eintippen würdest - ein Kreis mit einem Punkt in der Mitte (heute ist es ein Quadrat mit einem waggerechten Strich).
Manche Rechner haben alle Sprachen schon vorinstalliert, so dass es durchaus möglich gewesen wäre dass es angezeigt wird.

ich nehme an daß das Du mit Neutronen auch Neutrinos meintest. Neutrinos scheiden spätestens seit 1987 schon deshalb aus, weil sie zu schnell (heiß) sind. Und ihre Masse ist zu gering.

Nein, Ich meinte nur Neutrinos. Ich habe mich da vertippt.

das weis ich auch nicht. Schlimmer noch, ich weis nicht was WIMPs sind. (Also der Name ist mir schon bekannt)

Weakly Interacting Massive Particles.
Alles über die Definition ist im Namen enthalten. Welche Teilchen das sein sollen, ist nicht festgelegt. Hauptanwärter ist aber das Neutralino.

ja ja. Aber sie kann nicht linsen und sie kann nicht die Rotation einer Galaxis beeinflussen wenn sie homogen verteilt ist. Deshalb muß sie kalt, und nicht homogen verteilt sein.

Genau, und deshalb scheiden Neutrinos ja schonmal aus.

Hier muß ich Dir widersprechen. Der umgekehrte Prozess ist durchaus plausibel. Es wurde schon vor einiger Zeit ein Regelprozess identifiziert, der genau diesen Zusammenhang herstellt. Siehe Spektrum der Wissenschaft Mai 2007 Seiten 34-41 "Gegenwind aus dem Schwarzen Loch"

Ich werd es mir mal anschauen. Bis jetzt erscheint es mir aber wahrscheinlicher dass das Schwarze Loch selbst die Galaxie geschaffen hat.

Ja und damit sind wir wieder bei dem Punkt bei dem Bynaus sich schon zufrieden gab, ich aber weder vorher noch nachher. Wäre es so, dann dürfen diese Primordialen Löcher niemals größer gewesen sein, als Planck-Löcher, sonst käme die Milleniumssimulation nicht auf die richtige Verteilung der Masse, oder sie müssen schon vor dem Startpunkt dieser Simulation auf Planck-Größe verdampft sein. Das müßte dann aber bereits vor der inflationären Phase stattgefunden haben, lange vor der Entstehung der Elementarteilchen. Wenn ich das alles richtig verstanden habe. :eek:

Kann nicht nachvollziehen was du mir zu erklären versuchst.
Meine Meinung ist dass es keine Inflationäre Phase gab.

Gruß, Sky.
 

mac

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Hallo Orbit,

Deine Rechnung konnte ich nicht ganz nachvollziehen. Beim selber rechnen bin ich allerdings auf einige Ungereimtheiten bei den Angaben im Wiki-Artikel Universum gestoßen. (Durchschnittliche Masse/Kubikmeter wird mit einem Faktor 100 zu hoch ausgerechnet?, wenn man die angegebene Gesamtmasse und den angegebenen Durchmesser des Universums annimmt).

Deshalb beschränke ich mich mal auf unsere Milchstrasse, in der die Angaben für sich schon ungenau genug sind.

Im Umkreis von 100000 Lichtjahren = 4/3 * Pi() * (100000*3E8*3600*24*365,25)^3 m^3 = 3,5E63 m^3 oder wenn man einen Umkreis von 150000 Lichtjahren rechnet, dann sind es 1,2E64 m^3
Sollen 2E30*6E11 bis 2E30*1,2E12 kg Masse stecken (BM+DM)

Das wären ganz grob 1 bis 6E-22 kg/m^3. Oder auf die Randall SL’s (mit 1E12 kg) umgerechnet, alle rund 100 bis 200 Millionen km eines.

Übrigens, der Schwarzschildradius (ohne Rotation) ist bei 1E12 kg 1,48E-15m spielt aber hier eh keine Rolle.

Herzliche Grüße

MAC
 

Orbit

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Hallo mac
Meine Rechnung war eine grobe Schätzung. Ich habe weniger galaktische Masse und einen doppelt so grossen Halao-Radius genommen. Das könnte den Unterschied ausmachen. Aber grössenordnungsmässig liegen ja nicht Welten zwischen Deiner und meiner Rechnung.
Beim Rs habe ich irrtümlich den Faktor 2 der Formel zweimal eingegeben. Du hast recht: diese SL wäre nur wenig grösser als ein Nukleon.

Dass die kosmischen Dichten in Wiki-Artikeln mit Vorsicht zu geniessen sind, war schon mal ein Thema in einem Thread. In dem damals beanstandeten Artikel ging es sogar um einen Fehler mit Faktor 1000.

Herzliche Grüsse
Orbit
 
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