Galaxien: Gewaltiges Schwarzes Loch gibt Rätsel auf

astronews.com Redaktion

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Eine Gruppe von Astronomen hat ein Schwarzes Loch entdeckt, das an den Grundlagen heutiger Modelle der Galaxienentwicklung rüttelt. Mit 17 Milliarden Sonnenmassen ist das Schwarze Loch im Vergleich zur Masse seiner Heimatgalaxie deutlich massereicher, als es diese Modelle vorhersagen. Die gewaltige Schwerkraftfalle könnte sogar das massereichste bislang bekannte Schwarze Loch überhaupt sein. (29. November 2012)

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Lohoried

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Hallo zusammen,

weiß man, welchen Durchmesser dieses SL hat? Kann vorhergesagt werden, wann die gesamte Galaxie aufgesaugt ist? Vielen Dank für die Antworten.

VG
 

FrankSpecht

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Moin, Lohoried,
weiß man, welchen Durchmesser dieses SL hat?
Den Radius eines nichtrotierenden Schwarzen Loches berechnet man mit der Formel R = 2GM/c[SUP]2[/SUP], mit
G = 6,67384 * 10[SUP]-11[/SUP] m[SUP]3[/SUP]kg[SUP]-1[/SUP]s[SUP]-2[/SUP]
c = 299792458 ms[SUP]-1[/SUP]
M(Sonne) = 1,98892 * 10[SUP]30[/SUP] kg
=> M = 17 * 10[SUP]9[/SUP] * M(Sonne)
==> Radius = 5,02 * 10[SUP]13[/SUP] m ~ 330 ± 10 AE

Unser gesamtes bekanntes Sonnensystem passt also in das Schwarze Loch von NGC 1277 hinein.

Edit 1: Der Durchmesser rotierender Schwarze Löcher ist aufgrund ihrer ellipsoidalen Form sogar noch größer (in der Äquatorebene).
Edit 2: Das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße bringt es (bei gleicher Rechnung) mit seinen 4 Mio. Sonnenmassen auf einen Radius von rund 0,08 AE = 12 Mio. km. Dementsprechend ist das Schwarze Loch in NGC 1277 17000 / 4 = 4250 mal größer als das im Zentrum der Milchstraße ==> 340 AE.

Kann vorhergesagt werden, wann die gesamte Galaxie aufgesaugt ist?
Nein, kann nicht. Ein Schwarzes Loch saugt keine Galaxie auf. Genausowenig, wie ein Stern wie die Sonne sein Planetensystem aufsaugt.
Eher wird die Galaxie mit einer anderen Galaxie verschmelzen, als dass das Schwarze Loch sie "aufsaugt".
 
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FrankSpecht

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Hm,
==> Radius = 5,02 * 10[SUP]13[/SUP] m ~ 330 ± 10 AE
Irgendwie stimmt das Ergebnis nicht mit der Aussage in Wikipedia überein:
http://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzes_Loch schrieb:
Supermassereiches Schwarzes Loch~10.000–10[SUP]10[/SUP] M[SUB][/SUB]~0,001–10 AE
http://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole schrieb:
Supermassive black hole~10[SUP]5[/SUP]–10[SUP]9[/SUP] M[SUB]Sun[/SUB]~0.001–10 AU
Demnach ist mein Ergebnis nach dem deutschen Wiki eine Größenordnung zu hoch.
:confused:

Allerdings beruhigt mich auch der Unterschied zwischen dem englischen und deutschen Wiki :)
 
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mac

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Hallo Frank,

Irgendwie stimmt das Ergebnis nicht mit der Aussage in Wikipedia überein:
der Eintrag in der deutschen Wikipedia in der ersten Tabellenzeile (0,001-10AE) ist bezogen auf die dort angegebenen Massegrenzen um je eine Größenordnung falsch - an beiden Enden und das noch nicht mal konsequent. Der entsprechende Eintrag (die Berechnung) in der engl. Wiki ist korrekt. Ob das auch für die gewählten Grenzen der Klassifikation gilt, weiß ich nicht.

Herzliche Grüße

MAC
 
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mac

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Hallo,

220 Millionen Lichtjahr entfernt - das bedeutet, daß wir sie in einem späten Stadium ihrer Historie sehen.

Ich hab‘ keine Ahnung wie es in ihrer ‚näheren‘ Umgebung aussieht, aber wenn sich dort einige, auch größere Galaxien herumtreiben, dann wäre es doch vorstellbar, daß sie, vielleicht schon recht früh in ihrer Entwicklung, durch ein paar für sie ungünstig aufeinander folgende Passagen/Durchdringungen mit Nachbarn, einen erheblichen Teil ihrer Masse abgeben mußte, entfernt ähnlich, wie das für die Zwerggalaxien mit besonders hohem DM-Anteil diskutiert wird? Dieser Gedanke ist allerdings so naheliegend, daß er sicher schon ausgeschlossen werden konnte, wenn man hier von einem Rätsel spricht.

Herzliche Grüße

MAC
 

wrentzsch

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Rätzel um zu wenig Masse für das SL

Wenn die Kraft F von E mitbestimmt wird und E=mc² gilt, kann die fehlende Masse durch Rotationsgeschwindigkeit ausgeglichen werden.:cool:
 

Mat1i

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Zitat von Chrischan
Ist dir klar wie schnell etwas rotieren müsste, damit die Masse überhaupt merklich zunimmt?

Es wurden bereits SL mit einer Rotation von 99,9% der Lichtgeschwindigkeit vermessen, womöglich haben alle diese Schwergwichte mit über einer Mrd. Sonnenmassen einen solchen Spin.
 

TomS

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Hallo Mat1i,
was soll bitte bei einem SL mit 99,9%c(!) rotieren?
Mit welcher Geschwindigkeit (in % von c) rotiert denn ein SL wenn es mit 500 Umdrehungen pro Minute rotiert?

Gruß,
Christian
Bei rotierenden sogenannten Kerr-SLs misst man die Rotation bzw. den Drehimpuls J in Einheiten der Masse M, d.h. setzt zunächst G = c = 1 und findet benutzt dann (J/M) = aM, wobei für den Parameter a gilt |a| < 1. Für |a| > 1 verschwindet (mathematisch) der Ereignishorizont und es liegt eine nackte Singularität vor (physikalisch ist das wohl unsinnig, mathematisch jedoch zulässig).

Dieser Parameter a ist ein Maß für die Rotation, und er ist es, der kleiner Eins sein muss. Ich denke daher, dass (wenn überhaupt) nahezu extremale Kerr-SLs mit a nahe Eins gefunden wurden, nicht jedoch c nahe Eins, das ergäbe m.E. keinen Sinn.

Wikipedia - s.u. schrieb:
A black hole in the Milky Way, GRS 1915+105, may rotate 1,150 times per second,[1] approaching the theoretical upper limit.

Eine Rotationsgeschwindigkeit für ein SL ist nicht sinnvoll definierbar, denn es handelt sich um eine Vakuumlösung, bei der nichts da ist, was rotieren könnte. Man kann die Rotation der Raumzeit selbst aufgrund des Frame Draggings betrachten, mit dieser jedoch keine Geschwindigkeit assoziieren. Betrachtet man einen mitrotierenden Beobachter (ZAMO = Zero Angular Momentum Observer) so hat ein ZAMO für maximales a einen verschwindenden Drehimpuls. Man könnte diesen ZAMO nun aus großer Entfernung beobachten und würde feststellen, dass er mit hoher "Winkelgeschwindigkeit" um das SL zu rotieren scheint, aber das ist ein Effekt, der sich durch die nicht-lokale Beobachtungssituation ergibt. Insbs. darf man dieser Winkelgeschwindigkeit keine Bahngeschwindigkeit v zuordnen (bzw. man darf das schon, aber da es sich um ein aus der Entfernung beobachtetes v handelt, muss |v| < c nicht mehr unbedingt gelten; Stichwort Shapiro-Effekt).

http://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/lexdt_k02.html#kerr
http://en.wikipedia.org/wiki/Rotating_black_hole
 

Chrischan

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Hallo Tom,

danke für die klärenden Worte. Ich selbst stecke bei weitem nicht tief genug in der Materie um wirklich fundierte (und eventuell quantitative) Aussagen zu treffen über die Rotation von SL's bzw. die relativistische Betrachtung der Rotation.
Mit meinem letzten Post wollte ich nur auf Mat1i's Aussage
Es wurden bereits SL mit einer Rotation von 99,9% der Lichtgeschwindigkeit vermessen
eingehen, da m.M. eben Rotation nicht in [m/s] bzw. [%c] angegeben werden kann.

Kannst Du uns noch helfen bei der ursprünglichen Frage von wrentzsch?
Wenn die Kraft F von E mitbestimmt wird und E=mc² gilt, kann die fehlende Masse durch Rotationsgeschwindigkeit ausgeglichen werden.:cool:
Also inwiefern die Rotation die Masse eines SL erhöhen kann? m.M.n. sollte dies keinen oder nur einen geringen Effekt haben, da auch die Rotationsenergie eines Sterns (über E=mc²) kaum merklich seine Masse erhöht. Das sollte doch als grobe Abschätzung zumindest für stellare SL's auch gelten, oder?

Gruß,
Christian
 

TomS

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Das ist so ziemlich missverständlich formuliert, denn die Gleichung bezieht sich eigtl. auf den Zusammenhang zwischen Ruhemasse und Ruheenergie. Die Interpretation bzgl. "relativistischer Masse" und Gesamtenergie ist grenzwertig; Einstein hat das Konzept in der SRT abgelehnt.

Man sollte also zunächst nur davon sprechen, dass die Gesamtenergie eines SLs ggf. rotationsabhängig ist.

Aber die Gleichung bezieht sich auf die Energie einer Punktmasse in der SRT, nicht auf die eines Feldes in der ART!

Das ist kompliziert, denn die Gesamtenergie (mit Lorentz-Kovarianz als Nullkomponente eines Vierervektors) als Volumenintegral ist in der ART i.A. nicht definierbar; nur für bestimmte Raumzeiten (mit zeitartigem Killingvektor) können derartige Integrale mathematisch und physikalisch sinnvoll allgemeingültig konstruiert werden; in anderen Spezialfällen (asymptotisch flachen Raumzeiten) funktioniert das auch. Für Kerr-SLs sollte beides treffe.

Das nächste Problem ist, dass es in der ART keine allgemeingültige Definition einer "Energie des Gravitationsfeldes" gibt, sondern (wenn überhaupt - s.o.) die der Materie und Strahlung. Aber ein SL ist eine Vakuumlösung ohne Materie und Strahlung!! Ob eine Gravitationsenergie für ein Kerr-SL bekannt ist (ich denke ja) und ob diese eindeutig ist (das weiß ich nicht) muss ich erst nachlesen.

Startpunkt dafür sind folgende Artikel
http://relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2009-4/
http://en.wikipedia.org/wiki/Mass_in_general_relativity
 
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Chrischan

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Hallo Tom,

vielen Dank für den ganzen Lesestoff.

Ich bin noch an dem ersten Paper dran - habe schmerzlich gemerkt, daß ich schon 20 Jahre aus der Materie raus bin und mir so einiges erst wieder anlesen muss... :eek: Also mal eben vorm schlafen gehen überfliegen ist leider nicht.

Ich versuche aber dran zu bleiben.

Gruß,
Christian
 

Mat1i

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Hallo,
die Rotation von SL gilt als erforderlich um Beobachtungen wie Quasare erklären zu können,

wer könnte dies besser erklären als: http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=wQV-Kwhw3_4&feature=endscreen


Hier auch noch mal ein recht gut verständlicher Artikel über die Rotationsbestimmung und deren Ergebnis:
http://www.faz.net/aktuell/wissen/p...ung-schwarze-loecher-in-rotation-1382420.html

es geht hier um das selbe Objekt (GRS 1915+105) welches TomS dankenswerterweise schon Zitiert hat. Ich finde es allerdings befremdlich das man auf zehn verschieden Seiten zu diesem Thema fünf unterschiedliche Angaben bzgl. der Rotation findet.

@Chrishan
Der Gedanke der vermutlich der Aussage von wrentsch zugrunde liegt, Massezunahme von Materie bei Geschwindigkeiten nahe c, war mir auch schon gekommen. Das wäre eine elegante Erklärung wie ein SL es z.B. auf 10Mrd. Sonnenmassen schafft.

Die Angabe in % von c finde ich sehr praktisch um eine Relation herzustellen und auch um eine Vorstellung zu bekommen welche kinetische Energie in Pulsaren oder Sl liegt.

Gruß Mat1i
 
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