Galaxienhaufen: Aktivität zentraler Schwarzer Löcher untersucht

astronews.com Redaktion

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Mit Hilfe einer umfangreichen Analyse von über 60 Galaxienhaufen haben Astronomen der Universität Bonn jetzt den Zusammenhang zwischen Schwarzen Löchern im Zentrum von Galaxienhaufen und dem Gas, das ihnen als Nahrung dient, untersucht. Dabei gelang es ihnen, eine schon länger bestehende Theorie über die Aktivität der zentralen Schwarzen Löchern in Galaxienhaufen zu bestätigen. (2. September 2009)

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mac

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Hallo SRMeister,

weis jemand warum ausgerechnet nur kaltes Gas in S.L. fallen kann?
im Artikel steht es:
Dieses Gas aber ist für Schwarze Löcher nur ausreichend abgekühlt genießbar. "Die Teilchen in heißem Gas bewegen sich zu schnell, als dass sie nahe genug an ein Schwarzes Loch heran kämen",
es ist etwas mißverständlich formuliert. Natürlich könnte auch heißes Gas hinter den Ereignishorizont geraten, nur eben weil es heiß ist, ist es weder so dicht wie kaltes Gas, noch kann es an der Akkretion so zahlreich teilnehmen wie es kälterem Gas widerfährt, daß schon nicht mehr genügend kinetische Energie hat um dem Akkretionsbereich nochmal zu entkommen.

Herzliche Grüße

MAC
 
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Luzifix

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Die Geschwindigkeitsvektoren der Atome oder Moleküle im Raum sollten bei heißem Gas genau so gleichmäßig im Raum verteilt sein wie bei kaltem. Und auch von der gravitativen Beschleunigung sollten sie nicht richtungsabhängig erfaßt werden. Vielleicht gibt es ja noch einen anderen Grund - ein Zeitgradient? Oder eine Ladung?
 
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SRMeister

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Genau so wie Luzifix das sagt, denke ich auch darüber. Nur weil Atome heis sind gehen sie dem SL doch nicht aus dem Weg.
Aus dem Jeans Kriterium folgt ja auch nur, das heisse Wolken eine geringere Dichte haben als kalte, oder hab ich da was übersehen? Klar, eine Wolke mit geringerer Dichte, gegenüber einer Wolke mit erhöhter Dichte(kalt), mit gleichem Volumen, würde weniger Material an das SL verlieren. Aber ist das der einzige Grund?
 

mac

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Hallo SRMeister,

Egal ob Atom oder Stern, sowas fällt nicht, oder jedenfalls nur mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit direkt in ein SL. Sie müssen treffen und direkt passiert das so gut wie nie.

Der Schwarzschildradius des zentralen SL in der Milchstraße beträgt bei einer Masse von 4,3 M0 12,75 Millionen km

Das SL kann nur das Gas an sein Schwerefeld binden, das langsam genug ist. Die Fluchtgeschwindigkeit für dieses SL im Abstand von 137 Lichtjahren (das ist ein sehr kleines Futtervolumen) beträgt nur noch 29,75 km/s. So schnell wie die Erde um die Sonne fällt. Das ist umgerechnet auf ein Wasserstoffatom eine Temperatur von 357000°K. Aus dieser Entfernung ist die Chance das SL zu treffen, rein geometrisch nur noch 1/1E16.

Hat das Gas in dieser Entfernung vom SL noch diese oder eine höhere Geschwindigkeit, dann ist es für das SL praktisch unerreichbar. Langsameres Gas aber fällt nicht einfach in das SL. Jedes einzelne Atom/Molekül befindet sich auf einer Umlaufbahn. Nur durch Stoß mit anderen Gasmolekülen kann seine kinetische Energie abgebaut werden und sich der Radius der Umlaufbahn verringern. Magnetfelder spielen da ganz sicher auch eine Rolle, aber nicht unbedingt eine bremsende. In dieser Situation bildet sich eine Akkretionsscheibe aus, einfach deshalb, weil dort wo schon viele Moleküle sind, die Chance eines Treffers größer ist und damit auch die Chance ausgerechnet an dieser dichteren Stelle abgebremst zu werden. Diese Akkretionsscheibe aber strahlt (durch die zahlreichen Stöße) ihrerseits eine große Anzahl Photonen ab. Die wiederum beleuchten das Gas in der Akkretionsscheibe und auch das umliegende Gas und erwärmen es wieder. Auf diese Weise läßt die Strahlung der Akkretionsscheibe nicht zu, daß beliebig viel Gas nachströmt. Je weiter man dabei nach innen kommt, um so höher ist die Umlaufgeschwindigkeit und um so höher ist die mittlere Stoßenergie und damit die Wellenlänge der abgestrahlten Photonen kürzer.

Herzliche Grüße

MAC
 

SpiderPig

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Hallo,

Nicht ganz richtig, aber einfach verständlich ausgedrückt könnte man sagen:
Das heiße Gas hat einen Innendruck, der verhindert, das weiteres Gas nach strömt. Somit muss das SL mit dem bisschen was so nachkommt auskommen und heizt dadurch den Rest drumherum auch noch nach, sodass der Druck bleibt.

Ist das Gas kalt, kann es zum SL zusammen stürzen.



Wie gesagt, ganz richtig ist das nicht, aber es veranschaulicht den Vorgang recht gut finde ich.


SpiderPig
 

Luzifix

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Das SL kann nur das Gas an sein Schwerefeld binden, das langsam genug ist. Die Fluchtgeschwindigkeit für dieses SL im Abstand von 137 Lichtjahren (das ist ein sehr kleines Futtervolumen) beträgt nur noch 29,75 km/s. So schnell wie die Erde um die Sonne fällt. Das ist umgerechnet auf ein Wasserstoffatom eine Temperatur von 357000°K. Aus dieser Entfernung ist die Chance das SL zu treffen, rein geometrisch nur noch 1/1E16.

Hat das Gas in dieser Entfernung vom SL noch diese oder eine höhere Geschwindigkeit, dann ist es für das SL praktisch unerreichbar....Jedes einzelne Atom/Molekül befindet sich auf einer Umlaufbahn. Nur durch Stoß mit anderen Gasmolekülen kann seine kinetische Energie abgebaut werden und sich der Radius der Umlaufbahn verringern.

Das ist zwar ausgesprochen interessant. Aber es will mir nicht so recht einleuchten, warum sich eine Gaswolke überhaupt um ein zentrales Objekt drehen sollte, dazu noch mit so hoher Geschwindigkeit?

Zweitens: Die Links oben behandeln die Verhältnisse in selbst kollabierenden Gaswolken, hier bei diesem Thema ist die Schwerkraftquelle als SL bereits vorhanden.

Drittens: In einer Gaswolke, solange sie nicht relativistisch schnell bewegt wird (mit Energie von außen) werden immer statistisch gleich viele Partikel erzeugt, die langsamer sind wie auch welche die schneller sind als die mittlere Teilchengeschwindigkeit. Das gleiche gilt für die Richtungen, die zu diesen verschieden beschleunigten Teilchenpaaren gehören, ebenso für die freien Weglängen.

Alle diese Bewegungsvektoren werden von der gravitativen Beschleunigung des SL überlagert, und eben jene, die zufällig eine ähnliche Richtung haben, wie die des Gravitationsfeldes - die langsamen wie die schnellen! - bilden gemeinsam mit dem G-Vektor eine Bahnkurve Richtung SL aus. Die relative Geschwindigkeit der Teilchen zum SL hat auf die Bolzmann -Verteilung im unrelativistischen Bereich keinen Einfluß. Einen Einfluß hätte das, wenn die freie Weglänge und die Radialgeschwindigkeit sehr groß wären, genau das ist aber gerade bei heißem Gas normalerweise nicht der Fall. Aber vielleicht ist das betrachtete Gas ja derart dünn?

Resümee: Ich habe also diesen astronews-Artikel nicht verstanden.
 

Luzifix

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Da fällt mir noch was ganz Irres ein: Wie ist das denn mit den Ladungen von Elektronen und Protonen, wenn die Atome beim Annähern an das SL von den Gezeitenkräften zerrissen werden? Kann es vielleicht sein, daß die Protonen und Neutronen voraus fliegen, weil sie schwerer sind, während die Elektronen hinterher bummeln und noch für eine Weile eine negativ geladene abschirmende Wolke bilden? Oder wenn die Ladungsträger sogar im SL zerstört werden - nacheinander bei entsprechendem Zeitgradienten? Gut, das war jetzt ein bisschen scifi. Ich wollte hier niemanden strapazieren. Bin schon weg!
 

SRMeister

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Aber ein schwarzes Loch könnte elektrisch geladen sein, und auch rotieren. Siehe Kerr-Newman-Metrik.
Die elektrische Ladung könnte ja einen Einfluss auf ionisierte Gaswolken in der Umgebung haben???
Außerdem erzeugt es ein gravitomagnetisches Feld, welches die Raumzeit in seiner Umgebung verdrillt.
So Luzifix das war dein Abendbrot :) Morgen will ich hier mehr scifi lesen :)
 

SpiderPig

Gesperrt
Alle diese Bewegungsvektoren werden von der gravitativen Beschleunigung des SL überlagert ...
Das ist nur in einem vergleichsweise kleinen Raum um das SL herum so. Weiter draußen - und darum geht es ja, denn das SL frisst zwar das Material in unmittelbarer Nähe (einige Lichtstunden) sicher auf, aber der Nachschub ist viele x Lichtjahre entfernt - überwiegt fast jede andere Bewegung wie zB. die Temperatur.

Morgen will ich hier mehr scifi lesen :)
Ich auch.


SpiderPig
 

Luzifix

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Die Fliehkräfte! Wie konnte ich das übersehen. Für Objekte, die sich um das SL herum bewegen, müssen sie ja die gravitativen Kräfte gerade kompensieren. Allmählich beginne ich zu verstehen, was mac meinte.

Es ist offenbar so: Alles, was in der Vergangenheit zu langsam war, um eine physikalisch stabile Umlaufbahn zu entwickeln, all das hat das SL längst gefressen, das ist gestorben, und wir sehen nur noch den Teil der Materie, der übrig geblieben ist, der sich quasi mit seiner thermischen Energie (mit letzter Kraft) auf so eine Umlaufbahn hat retten können. Richtig?

Dieser Rest macht auf uns sozusagen einen falschen Eindruck. Dann müßte das aber auch im astronews-Artikel anders formuliert werden. (Das ist jetzt etwas frech von mir.) Was Temperatur ist im thermodynamischen Sinne und im Sinne von Planck, (darüber habe ich schon mehr Streit gehabt), das ist hier offenbar für die richtige Formulierung entscheidend.

Aber für die Freaks von Strahlungsdruck versus Gravitationsdruck habe ich noch etwas: In einem Feld mit einem Gradienten in der Krümmung der Raumzeit, wie in der Nähe eines SL würde sich jeder Strahlungsdruck, wie er in heißem Gas oder bei der Sternentstehung auftritt, ganz unterschiedlich auswirken, je nachdem, in welche Richtung die Strahlung abgestrahlt wird. Und - was soll ich dazu sagen? - Richtung SL ist die Strahlung tatsächlich blauverschoben, also energiereicher und vom Strahlungsdruck her effizienter. In der Gegenrichtung, also zu uns her, ist sie rotverschoben, also energieärmer. Das müßte das SL also mit zusätzlichem Material füttern. Ganz im Gegenteil zu dem, was hier beschrieben wurde. Wie sich das bei jenem Effekt darstellt, den Orbit oben erwähnt hatte (??) könnte ich jetzt aber nicht sagen.

Ok, das SL hungert zuweilen. Und ich behaupte, dabei nimmt es ab. Wie menschlich.
 
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Artur57

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Hallo, werte Mitstreiter,

warum ist diese Strahlung eigentlich so intensiv ? Fragen wir Andreas Müller:

"Akkretion ist der effizienteste Prozess, um Gravitationsenergie in Strahlungsenergie umzuwandeln. Sie ist sogar effizienter als das nukleare Feuer in Sternen! Denn bis zu 42% der Ruheenergie der Materie kann bei der Akkretion in Strahlungsenergie verwandelt werden (rechnerische Details unter Eddington-Leuchtkraft). Demgegenüber weist die thermonukleare Fusion im Innern von Sternen nur eine Effizienz von 0.7% auf. Akkretion auf ein kompaktes Objekt erzeugt deshalb die größten bekannten Leuchtkräfte im Universum!"


http://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/lexdt_a02.html#akk

Mithin, es werden über 40 Prozent der einfallenden Masse nach E=mc*2 in Energie verwandelt und wir dürfen an dieser Stelle mit superharter Gammastrahlung rechnen. Diese nun ist sicher in der Lage, Materie mit ihrem Strahlungsdruck nach außen zu drängen, es besteht also die Notwendigkeit, diese Strahlung möglichst schnell zu entsorgen, damit das SL weiterhin "Appetit" hat. Zweite Frage: wo geht diese eigentlich hin? nach "außen"? Dazu ist die Leuchtkraft zu gering. Nach "innen"? Da brächte es die Energiebilanz des SL durcheinander. Aufheizen darf sich dieses nicht, denn seine Temperatur nähert sich mit zunehmender Größe dem Nullpunkt, wie Hawking bewiesen hat. Drehimpuls? Auch der ist durch die Lichtgewindigkeit begrenzt, mit der die Ränder höchstens rotieren dürfen.
Ladung? Auch das hat einmal ein Ende.

Wo also soll diese Energie hin? Diese Frage lässt sich aufs Erfreulichste mit einem anderen Phänomen verknüpfen, das bisher ebenfalls ein Rätsel darstellt: an den Polen nämlich wirft das SL Jetstrahlen aus, was es per Definition garnicht dürfte. Denn kein Lichtstrahl kann das SL verlassen und noch weniger massetragende Materie. Genau diese ist aber in den Jetstrahlen vorhanden, denn sie senden "Synchrotronstrahlung" aus. Diese entsteht, wenn geladene Partikel von einem Magnetfeld auf eine Kreisbahn gezwungen werden. Und geladene Partikel sind nun einmal massebehaftet.

Meine Theorie: die Gammastrahlung von der Akkretionsscheibe begibt sich auf eine Kreisbahn um das SL. Die Bahn um das SL, auf der es gerade einen Kreis beschreibt, hat einen Radius von 1,5 mal dem Schwarzschildradius, wofür ich allerdings bisher keine Herleitung gefunden habe. Dort an den Polen stößt sie mit anderen Gammapartikeln zusammen. Diese fliegen nun nicht, wie das sichtbare Licht einfach durcheinander hindurch, vielmehr gibt es hier eine "Paarvernichtung" von Gammaquanten. Es entsteht ein Elektron und ein Positron, beziehungsweeise bei größeren Energien ein Proton und ein Anti-Proton, welche jeweils im 180-Grad-Winkel auseinander fliegen.

Womit nun die Herkunft der Jet-Materie erklärt wäre. Nur, wie es dann weitergeht, liegt aus meiner Sicht noch im Dunkeln. Wir haben vier Sorten von Teilchen, zwei positive, zwei negative, zwei schwere, zwei leichte und zwei baryonische sowie zwei Antiteilchen.

Also um einmal diese haarsträubende Theorie zum Ende zu führen: das Magnetfeld wird so wirken, dass es die Teilchen mit einer Ladung bündelt, die anderen hingegen nach außen schleudert. Die gebündelten würden dann den Jetstrahl bilden, der aus Coulomb'scher Abstoßung heraus sich immer mehr beschleunigt (was man ja beobachtet). Was dann zum Beispiel hieße: am Nordpol werden Elektronen und Anti-Protonen ausgeworfen, am Südpol hingegen Positronen und Protonen. Erschreckend ! Das hieße, dass das SL die Ladungen großräumig trennt.

Allerdings sind die Vorgänge wenigstens energetisch halbwegs erklärt.

Ich hoffe, dem Wunsch nach mehr scifi entsprochen zu haben.

Gruß Artur
 
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Orbit

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Artur57 schrieb:
an den Polen nämlich wirft das SL Jetstrahlen aus, was es per Definition garnicht dürfte. Denn kein Lichtstrahl kann das SL verlassen und noch weniger massetragende Materie.
Die Teilchen der Jets stammen nicht aus dem Innern des SL, sondern aus der Akkretionsscheibe.
Meine Theorie: die Gammastrahlung von der Akkretionsscheibe begibt sich auf eine Kreisbahn um das SL.
Wieso willst Du die Gammastrahlung ans SL binden? Dann würde man ja keine messen.
Die Gammastrahlung stammt aus den Jets, und die werden in Richtung der Rotationsachse ausgestossen.
Die Bahn um das SL, auf der es gerade einen Kreis beschreibt, hat einen Radius von 1,5 mal dem Schwarzschildradius
Diesen Radius nimmt man in der Tat an, aber als kleinsten Radius, auf dem noch eine stabile Umlaufbahn von Teilchen möglich ist.
vielmehr gibt es hier eine "Paarvernichtung" von Gammaquanten. Es entsteht ein Elektron und ein Positron
Bei einer 'Paarvernichtung' entstehen keine Teilchen. Sie vernichten sich. :)
Womit nun die Herkunft der Jet-Materie erklärt wäre.
Nicht wirklich. ;)
Also um einmal diese haarsträubende Theorie zum Ende zu führen:...
Besser wäre, nochmals die Grundlagen zu studieren.

Orbit
 

Luzifix

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Mithin, es werden über 40 Prozent der einfallenden Masse nach E=mc*2 in Energie verwandelt und wir dürfen an dieser Stelle mit superharter Gammastrahlung rechnen. Diese nun ist sicher in der Lage, Materie mit ihrem Strahlungsdruck nach außen zu drängen,

1. Gibt es da nicht eine feste Relation zwischen der Frequenz der entweichenden Strahlung und der Fähigkeit des dort vorhandenen Feldes, Materie stark zu beschleunigen (in Richtung SL)?

2. Das hier Zitierte kann sich doch nur außerhalb des Ereignishorizonts abspielen oder? Da breiten sich Gamma-quanten nicht nach alles Seiten aus?

3. Noch etwas ganz Doofes: Ist es nicht eher unwahrscheinlich, daß es dieses Universum tatsächlich noch gibt, obwohl so viele große SL darin existieren? Andersrum: Ist unsere Existenz nicht ein Hinweis darauf, daß die heutigen Vorstellungen von SL wenigstens in Teilen noch falsch sind?
 

Artur57

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Die Teilchen der Jets stammen nicht aus dem Innern des SL, sondern aus der Akkretionsscheibe.^

Aber aus was für einem Motiv? Warum sollten Materieteilchen zu den Polen fliegen, wenn sie im Anziehungsbereich eines SL sich befinden? Welche Kraft ist hier am Wirken?

Wieso willst Du die Gammastrahlung ans SL binden? Dann würde man ja keine messen.
Die Gammastrahlung stammt aus den Jets, und die werden in Richtung der Rotationsachse ausgestossen.

Auch hier die Frage: wie geht die Gammastrahlung zunächst Richtung Pol?

Diesen Radius nimmt man in der Tat an, aber als kleinsten Radius, auf dem noch eine stabile Umlaufbahn von Teilchen möglich ist.

Steht hier aber anders:

"In einer Entfernung von 1,5 Schwarzschild Radien tritt ein merkwürdiges Phänomen auf: Ein sorgfältig ausgerichteter Lichtstrahl kann das Schwarze Loch unendlich lange umkreisen, die Anziehung reicht nicht aus, um das Licht in das Loch hineinzuziehen, sie ist jedoch groß genug, um die Photonen auf einer Kreisbahn festzuhalten."

http://www.scinexx.de/dossier-detail-11-5.html

Ein hochinteressanter Ort, übrigens dieser Radius. Da ist die Zeit mehrdeutig, ich sehe in allen Richtungen verschiedene Kopien von mir selbst, zu jeweils gleichen Zeitabständen.

Da nun hier immer so scharf nachgefragt wird: nicht jetzt im Augenblick, sondern wenn ich mich auf diesem Radius befände.

Bei einer 'Paarvernichtung' entstehen keine Teilchen. Sie vernichten sich. :)

Nun, ein Paar von Gammaquanten kann sich auch vernichten und wie soll man das sonst nennen? Ich dachte der Effekt sei bekannt. Mal ein Zitat aus Spektrum d.W. vom Juli 2009 ("Auf der Spur der kosmischen Beschleuniger")

"Wie sehr schwächt das extragalaktische Hintergrundlicht (EH L)
die Gammastrahlung eines Quasars? Um das herauszufinden,
treffen Theoretiker Annahmen über das emittierte Spektrum
des Quasars (links unten, blau). Dieses wird beim Durchqueren
des EH L verändert. Treffen nämlich energiereiche
Gammaquanten auf EHL-Photonen, zerstrahlen sie in ein
Elektron (e–) und ein Positron (e+). Bei geringer EHL-Dichte
(rechts unten) weist das beobachtbare Spektrum (rosa) dann
eine andere Form als bei hoher EH L-Dichte (rechts oben) auf. Im
letzteren Fall gehen vor allem die energiereichsten Gammaquanten
verloren. "

Will sagen, diese Erzeugung von Positron und Elektron passiert schon, wenn Gammaquant und Lichtquant aufeinander treffen. Bei zwei Gammaquanten erst recht, plus kinetischer Energie dazu.

Gruß Artur
 
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