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Thema: Primodiale Schwarze Löcher

  1. #1
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    Standard Primodiale Schwarze Löcher

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    Hallo,

    Ich hab hier schon frueher die Ansicht vertreten Dunkle Materie bestehe aus primodialen Schwarzen Loechern.
    Ich würde gerne wissen welche Argumente dafür oder dagegen ihr vorbringen könnt.
    Für die Idee spricht:

    1) Dunkle Materie Galaxien - diese können sich nicht aus irgendwelchen WIMPS bilden, denn diese wären nicht dazu in der Lage irgendwelche festen Strukturen zu bilden.
    2) Supermassive Schwarze Löcher - diese scheinen sich gleichzeitig mit der Galaxie gebildet zu haben, denn ihre Größe ist der Größe der Galaxie proportional, so dass die Annahme dass das Schwarze Loch schon vorher da war und die Galaxie erschaffen hat, nicht mehr weit ist.
    3) gewisse GRB könnten von primodialen Schwarzen Löchern stammen.
    4) Schwarze Löcher zerstrahlen nach einer gewissen, sehr langen, Zeit. Ich habe gelesen dass sie um die Dunkle Materie zu decken so zahlreich sein müssten dass ein Meer von Hawkingstrahlung messbar sein müsste - was nicht der Fall ist. Doch: Wer sagt dass die primodialen Schwarzen Löcher sich nicht längst zu größeren zusammengeschlossen haben? Und: Was wenn bei der Zerstrahlung, wie ich glaube, immer ein kleiner Kern übrig bleibt, so dass die allermeisten Schwarzen Löcher nur solche Kerne sind?

    Eine Zeitlang war ich, aufgrund einer falschen Schlussfolgerung, der Meinung Dunkle Materie sei die Materie eines zweiten Universums.
    Eine andere Möglichkeit wäre, dass es sich nur um schwach wechselwirkende Teilchen handelt.
    Geändert von Sky Darmos (25.09.2007 um 15:31 Uhr)

  2. #2
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    Was wenn bei der Zerstrahlung, wie ich glaube, immer ein kleiner Kern übrig bleibt, so dass die allermeisten Schwarzen Löcher nur solche Kerne sind?
    Warum sollte denn deiner Meinung nach ein Kern übrig bleiben? Die Zerstrahlung des Lochs über die Hawkingstrahlung ist umso effizienter, je kleiner die Masse des Schwarzen Lochs ist.
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  3. #3
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    Hallo Sky,

    so was ähnliches (schwarze Löcher, schwerer als 3 M0 und nicht primordial) hatte ich schon mal mit UMA angefangen zu diskutieren. Als Hauptargument, das ich nur indirekt angreifen kann, nannte er mir den viel zu geringen Metallanteil. Er ist viel zu klein, um damit wirklich die notwendige Menge an DM zu erklären. Ein weiteres Argument auf das mich UMa damals aufmerksam machte, war die gerade sehr exakt bestimmte Geschwindigkeit der Magellanschen Wolken. Das ist allerdings inzwischen wieder etwas relativiert, durch die seit kurzem vertretene Auffassung, dass sich die Magellanschen Wolken nicht auf einer Umlaufbahn um die Milchstrasse befinden.

    Damals schon, aber auch heute habe ich den Eindruck, dass es noch immer einen ziemlich großen (weit mehr als Faktor 2) Bereich gibt, innerhalb dessen die Bestimmung der baryonischen Masse unsicher ist.



    Du sprichst in Deinem Punkt 1 davon, dass es nicht WIMPS sein können, weil es damit keine festen Strukturen gäbe. Das Argument verstehe ich nicht. Zusammenbleiben kann DM offensichtlich, weil man ja sonst ihre Anwesenheit gar nicht feststellen könnte (wenn sie gleichmäßig verteilt wäre)

    Zum Punkt 2
    Ich sehe keinen Grund, warum dieser Prozess nicht auch genau so gut umgekehrt ablaufen kann. Große Galaxis bildet viel schneller ein supermassives SL. Das ist natürlich kein Beweis dafür dass es so herum richtiger ist.

    Zu 3. Wären diese Gamma-Ray-Bursts denn unterscheidbar von den gleichen Ereignissen verursacht durch Neutronensterne oder schwarze Löcher?

    Zu 4. Wenn sie groß genug sind, dann soll die Hawkingstrahlung so gering und kalt sein, dass sie nicht feststellbar ist. Wenn sie so klein sind, dass sie genügend stark strahlen, wäre es doch auch möglich, dass sie sich schon lange aufgelöst haben.

    Soweit ich da im Bilde bin, ist das Hauptargument gegen solche großen, zusammengeschlossenen SL’s die viel zu geringe Häufigkeit von Microlensing. Obwohl bisher überhaupt nur knapp 2 Dutzend solcher Ereignisse gemessen wurden. (Stand von vor einem Jahr) Es gibt meiner Meinung nach auch noch ein weiteres Argument, dass gegen die Anwesenheit von so vielen SL’s spricht. Es ist die Verteilung der DM. Innerhalb der Sonnenbahn um das galaktische Zentrum herum scheint es so gut wie gar keine DM zu geben.

    Zitat Zitat von Sky Darmos
    Was wenn bei der Zerstrahlung, wie ich glaube, immer ein kleiner Kern übrig bleibt, so dass die allermeisten Schwarzen Löcher nur solche Kerne sind?
    Im Zuge der Erwartungsvoll aufgeregten Diskussionen um den LHD wurde auch die Möglichkeit diskutiert, dass man mit ihm genügend Energie auf genügend kleinem Raum konzentrieren können sollte, um Mikro-SL’s zu produzieren. Ein für mich wesentliches Argument gegen die Stabilität solcher Mikro-SL’s war die Tatsache, dass die kosmische Strahlung wesentlich energiereicher ist als alles, was wir auch in fernerer Zukunft produzieren können. Da wir noch existieren, entstehen solche SL’s entweder nicht oder sie sind nicht stabil. Das wäre somit eine halbe indirekte Widerlegung Deines Arguments.

    Herzliche Grüße

    MAC

  4. #4
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    Hallo Sky Darmos
    Auch wieder einmal im Land?!

    Offenbar stellst Du Dir viele relativ kleine schwarze Löcher vor, die da ausser dem zentralen - oder den beiden zenrtralen SL - auch in unserer Galaxis existieren würden. Du meinst natürlich auch nicht in erster Linie stellare SL, zu deren Anzahl Lee Smolin, einer der Väter der Loop-Quantengravitation, auf Seite 107 seines Buches 'Warum gibt es die Welt?' schreibt :

    "Die Hinweise auf die Existenz einiger Schwarzer Löcher verdichten sich, und es gibt gute Gründe zu glauben, dass es wesentlich mehr von ihnen gibt. Eine präzise Schätzung ihrer Zahl lässt sich nur schwer geben, nicht nur, weil man sie so schwer beobachten kann, sondern auch, weil wir noch nicht genügend über die Anzahl der Sterne wissen, die am Ende ihres Lebens zu einem Schwarzen Loch werden. Nach einer konservativen Schätzung gibt es auf zentausend Sterne ungefähr ein Schwarzes Loch. Jede Galaxie enthält daher mindestens einhundert Millionen Schwarze Löcher."

    Du weisst natürlich auf welchen Annahmen diese Schätzung beruht, und Du weisst auch, dass diese stellaren SL niemals die geschätzte Masse der DM auf die Waage bringen; denn dann müsste jedes von ihnen im Durchschnitt um die 50'000 Sonnenmassen enthalten. Stellare SL tun das aber bei weitem nicht. Sie können deshalb nur den Bruchteil eines Promills der DM ausmachen.
    Das weisst Du natürlich. Und deshalb suchst Du nach diesen primordialen Schwarzen Löchern.
    Tja, wohl nicht sehr hilfreich für Dich; aber ich habe diesen Beitrag geschrieben, um mir und andern weniger versierten Mitlesenden klar zu machen, in welcher Anzahl man sich im Rahmen Deiner Hypothese solche primordialen Schwarzen Löcher denken müsste.

    Herzliche Grüsse
    Orbit
    Geändert von Orbit (25.09.2007 um 17:03 Uhr)

  5. #5
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    Zitat Zitat von Bynaus Beitrag anzeigen
    Warum sollte denn deiner Meinung nach ein Kern übrig bleiben? Die Zerstrahlung des Lochs über die Hawkingstrahlung ist umso effizienter, je kleiner die Masse des Schwarzen Lochs ist.
    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)

    Wenn das Schwarze Loch sich in einem finalen Akt völlig auflösen will, muss es all seine Energie auf ein virtuelles Teilchenpaar übertragen. Schreiben wir die Energie der Teilchen als E_1 und die des Schwarzen Lochs als E_2, so dass E_2=2*E_1 gilt, so können wir die obere Formel wie folgt umwandeln:

    Wegen M_SL = E_2/c^2 und E_2=2*E_1 ist

    E_1=(h*c^3)/(16*pi*G*(2*E_1/c^2))

    E_1=(h*c^5)/(16*pi*G*2*E_1)

    (E_1)^2=(h*c^5)/(16*pi*G*2)

    E_1=root((h*c^5)/(16*pi*G*2))

    Was mit der Planck-Energie übereinstimmt! Somit sind die beiden virtuellen Teilchen selbst wieder Schwarze Löcher. Diesmal aber solche die nicht weiter verdampfen können, denn dazu haben sie nicht genug Energie (o. Masse: M_1 = E_1/c^2). Ihre Masse wird auf ewig die Planck-Masse sein. Solche Schwarzen Löcher könnten zur Dunklen Materie betragen ohne sich durch Hawking-Strahlung bemerkbar zu machen.

    Sehr kleine primodiale Schwarze Löcher würden kaum schnell genug Verschmelzungspartner finden bevor sie zu Planck-Löchern verdampfen. Dannach sind sie zu klein um eine Begegnung wahrscheinlich zu machen.
    Sehr große primodiale Schwarze Löcher würden leicht verschmelzungspartner finden, so dass sie schnell eine größe erreichen würden bei denen sie nichtmehr schnell verdampfen können und keine merkliche Hawkingstrahlung mehr absondern. Nur primodiale Schwarze Löcher im mittleren Massebereich machen sich bemerkbar.

  6. #6
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    Sky Darmos
    Aha, diese zahlreichen Mini-SL wären Planckteilchen. Auf geschätzte 1E80 baryonische Teilchen im sichtbaren Universum kämen dann rund 5E62 Planckteilchen. Planckteilchen sind tatsächlich kleiner als ihr Schwarzschildradius, und wenn man sie sich als statische Gebilde denkt, würden sie tatsächlich auch für immer in ihrem Minimausloch verharren. Aber ist das wirklich so? Wie wäre denn aus den Planckteilchen, welche man sich durchaus vor dem Big-in vorstellen kann, überhaupt je die bekannten Teilchen mit viel geringerer Masse entstanden?
    Die geringe Kollisionswahrscheinlichkeit, die Du beschwörst
    Sehr kleine primodiale Schwarze Löcher würden kaum schnell genug Verschmelzungspartner finden bevor sie zu Planck-Löchern verdampfen. Dannach sind sie zu klein um eine Begegnung wahrscheinlich zu machen.
    Wird allerdings wesentlich grösser, wenn man bedenkt, dass DM nicht gleichmässig auf das ganze Universum verteilt ist, sondern sich in der Umgebung von Galaxien verdichtet.
    Gruss Orbit

  7. #7
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    Hallo Sky,

    Deine Rechnung kann ich nachvollziehen. Was ich aber nicht nachvollziehen kann: Wieviel können die denn zur Gesamtmasse beitragen? Du mußt ja dann eine Annahme haben, die eine Beziehung zu ihrer ursprünglichen Masse herstellt, die ihrerseits wieder zur Gesamtenergie des Universums passen muß.

    Herzliche Grüße

    MAC

  8. #8
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    Deine Rechnung kann ich nachvollziehen.
    Ich nicht. Zeile 1 ist falsch, der Rest dementsprechend. Es handelt sich schließlich um thermische Strahlung.

  9. #9
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    Zeile 1 ist falsch, der Rest dementsprechend. Es handelt sich schließlich um thermische Strahlung.
    Womit die Diskussion beendet wäre, falls sich nicht doch noch jemand dazu bequemt aufzuschreiben, wie denn die Zeile 1 mit thermischer Strahlung lauten müsste.
    Orbit
    P.S. Ich gratuliere Dir, Ich, zu Deinem ökonomischen Diskussionsstil. :-)))
    Geändert von Orbit (25.09.2007 um 21:10 Uhr)

  10. #10
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    Standard Der Einfluss eines Schwarzen Lochs auf den Rand der Galaxie

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    Zitat Zitat von mac Beitrag anzeigen
    so was ähnliches (schwarze Löcher, schwerer als 3 M0 und nicht primordial) hatte ich schon mal mit UMA angefangen zu diskutieren. Als Hauptargument, das ich nur indirekt angreifen kann, nannte er mir den viel zu geringen Metallanteil. Er ist viel zu klein, um damit wirklich die notwendige Menge an DM zu erklären.
    Inwiefern kann man vom Metallanteil der Dunklen Materie sprechen?
    Und was ist "M0"? Du meinst 3 Sonnenmassen (1.989*10^30kg)? Ja ich weiss du kannst leider nicht dieses Sonnensymbol eintippen. Ich würde M_日 schreiben ^^ (falls dein Rechner das anzeigt)

    Zitat Zitat von mac Beitrag anzeigen
    Ein weiteres Argument auf das mich UMa damals aufmerksam machte, war die gerade sehr exakt bestimmte Geschwindigkeit der Magellanschen Wolken. Das ist allerdings inzwischen wieder etwas relativiert, durch die seit kurzem vertretene Auffassung, dass sich die Magellanschen Wolken nicht auf einer Umlaufbahn um die Milchstrasse befinden.
    Ich weiss nicht auf was du dich da beziehst - es scheint nichts mit primodialen SL´s zu tun zu haben.

    Zitat Zitat von mac Beitrag anzeigen
    Damals schon, aber auch heute habe ich den Eindruck, dass es noch immer einen ziemlich großen (weit mehr als Faktor 2) Bereich gibt, innerhalb dessen die Bestimmung der baryonischen Masse unsicher ist.
    Die Prozentzahl ändert sich schnell, das liegt aber haupsächlich daran dass die Dunkle Energie und die Dunkle Materie sich nicht sehr genau bestimmen lässt.
    Ich denke dass man die normale baryonische Masse sicher viel genauer bestimmen kann.

    Zitat Zitat von mac Beitrag anzeigen
    Du sprichst in Deinem Punkt 1 davon, dass es nicht WIMPS sein können, weil es damit keine festen Strukturen gäbe. Das Argument verstehe ich nicht. Zusammenbleiben kann DM offensichtlich, weil man ja sonst ihre Anwesenheit gar nicht feststellen könnte (wenn sie gleichmäßig verteilt wäre)
    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 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.

    (Nach Einstein kann homogen verteilte Materie durchaus gravitativ wirken - jedoch nur kosmologisch, d.h. sie kann die Expansion bremsen oder beschleunigen, oder mit anderen Worten, die Geometrie des Universums bestimmen. Meiner Meinung nach wird sich das in der QG ändern, zumal unser Universum global Flach ist.)

    Zitat Zitat von mac Beitrag anzeigen
    Zum Punkt 2
    Ich sehe keinen Grund, warum dieser Prozess nicht auch genau so gut umgekehrt ablaufen kann. Große Galaxis bildet viel schneller ein supermassives SL. Das ist natürlich kein Beweis dafür dass es so herum richtiger ist.
    Die Größe des Schwarzen Lochs ist aber exakt proportional. Das ist nur dann plausibel wenn es das Schwarze Loch schon vorher gab. Ein Schwarzes Loch das inmitten einer großen Materiewolke entsteht hätte auf diese kaum einen Einfluss, genauso wie die heute das Supermassive Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie kaum einen Einfluss auf die Sterne in den Außenbereichen unserer Galaxie haben. Dass die Umlaufgeschwindigkeit der Sterne in den Außenbereichen unserer Galaxie direkt mit der Große des Zentralen Schwarzen Lochs zusammenhängt, muss bedeuten dass die beiden Bereiche, der Rand der Galaxie und das Schwarze Loch, einmal nahe beieinander gewesen sein müssen.
    Die Dichte eines Schwarzen Lochs ist sehr groß, das spielt für die Sterne in seiner unmittelbaren nähe eine große Rolle. Sie müssen sich mit sehr hohen Geschwindigkeiten bewegen um nicht hineinzufallen. Für die Sterne am Rand der Galaxie ist dieses Schwarze Loch aber äquivalent mit einer beliebigen Körper derselben Masse. Welche Masse das Supermassive Schwarze Loch hat, "wüsste" der Rand der Galaxie gar nicht, wenn man es erst jetzt dort Reinsetzen würde - oder es erst jetzt dort entstehen würde. Dasselbe gilt auch für sehr junge Galaxien.
    Schwarzes Loch und Galaxie müssen entweder gleichzeitig entstanden sein, oder das Schwarze Loch muss schon lange vorher existiert haben.

    Zitat Zitat von mac Beitrag anzeigen
    Zu 3. Wären diese Gamma-Ray-Bursts denn unterscheidbar von den gleichen Ereignissen verursacht durch Neutronensterne oder schwarze Löcher?
    Ja, das wären sie. Rasche Intensitätsschwankungen im Nanosekundenbereich würden verraten dass die Quelle der GRB sehr klein ist.

    Zitat Zitat von mac Beitrag anzeigen
    Zu 4. Wenn sie groß genug sind, dann soll die Hawkingstrahlung so gering und kalt sein, dass sie nicht feststellbar ist. Wenn sie so klein sind, dass sie genügend stark strahlen, wäre es doch auch möglich, dass sie sich schon lange aufgelöst haben.
    Will man die zerstrahlung Schwarzer Löcher hier beobachten, muss es Schwarze Löcher geben die genau die Richtige Masse haben um heute zu zerstrahlen. Will man Schwarze Löcher sehen die kleinere Ausgangsmassen hatten und deshalb früher zerstrahlt sind, muss man weiter in die Ferne schauen. Dort ist aber dann die Intensität nicht mehr so stark.

    Wie ich schon weiter geschrieben habe, spielt es meiner Meinung nach keine große Rolle ob sie schon verdampft sind oder nicht, da sie Planck-Löcher hinterlassen.

    Zitat Zitat von mac Beitrag anzeigen
    Soweit ich da im Bilde bin, ist das Hauptargument gegen solche großen, zusammengeschlossenen SL’s die viel zu geringe Häufigkeit von Microlensing. Obwohl bisher überhaupt nur knapp 2 Dutzend solcher Ereignisse gemessen wurden. (Stand von vor einem Jahr)
    Einige Jahre zuvor hielt man es für unmöglich auch nur ein einziges Microlensing zu beobachten. Microlensing erfordert Schwarze Löcher von der richtigen Größe. Microskopische Schwarze Löcher können kein Microlensing verursachen. Es muss ja ein Einsteinring entstehen, damit es zu Microlensing kommt, eine leichte Krümmung der Lichtstrahlen reicht nicht aus. Einsteinringe sind aber enorm selten. Ich habe zum Beispiel noch nie einen vollständigen Einsteinring einer Galaxie gesehen!
    Da müsste man genaue Berechnungen durchführen.

    Zitat Zitat von mac Beitrag anzeigen
    Es gibt meiner Meinung nach auch noch ein weiteres Argument, dass gegen die Anwesenheit von so vielen SL’s spricht. Es ist die Verteilung der DM. Innerhalb der Sonnenbahn um das galaktische Zentrum herum scheint es so gut wie gar keine DM zu geben.
    Es kann sein dass sie bereits zum größten Teil vom Zentralen Schwarzen Loch verschluckt wurde. Die anderen primodialen Schwarzen Löcher werden natürlich als erstes Verschluckt weil sie ja schon vor der Galaxie existierten.

    [/QUOTE]Im Zuge der Erwartungsvoll aufgeregten Diskussionen um den LHD wurde auch die Möglichkeit diskutiert, dass man mit ihm genügend Energie auf genügend kleinem Raum konzentrieren können sollte, um Mikro-SL’s zu produzieren.[/QUOTE]

    Das ist rein stringtheoretischer Unsinn. Solche Mikro-SL´s entstehen nur wenn es große Extradimensionen gibt.

    [/QUOTE]Ein für mich wesentliches Argument gegen die Stabilität solcher Mikro-SL’s war die Tatsache, dass die kosmische Strahlung wesentlich energiereicher ist als alles, was wir auch in fernerer Zukunft produzieren können. Da wir noch existieren, entstehen solche SL’s entweder nicht oder sie sind nicht stabil.[/QUOTE]

    Natürlich sind Mikro-SL´s viel zu klein um irgendetwas zu fressen. Sie verdampfen sehr schnell und ihre Energie ist natürlich viel geringer als die primodialer Schwarzer Löcher die erst jetzt nach Millionen von Jahren verdampfen.

    Herzliche Grüße

    Sky

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