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Thema: Schnelle Sterne durch Schwarze Löcher?

  1. #1
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    Idee Schnelle Sterne durch Schwarze Löcher?

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    http://www.astronews.com/news/artike...0601-022.shtml

    Die Geschwindigkeit der entdeckten Sterne entspricht knapp der Entweichgeschwindigkeit von der Sonnenoberfläche.
    Sofern sich zwei Sterne derartig weit nähern, ergeben sich mehrere wahrscheinliche Szenarien. Entweder beide Sterne verschmelzen bei weiterer Annäherung zu einem neuen, massereicheren Stern und nichts passiert oder einer von beiden entzieht dem Begleiter solange Materie, bis er sich letztlich überfressen hat und in einer Supernova explodiert und wobei er dann nahezu sämtliche Masse verliert. Letzteres Szenario würde dazu führen, daß der Begleitestern durch Verlust der gravitative Bindung und durch den Druck der nahen Supernovaexplosion beschleunigt wird und anschließend mit hoher Geschwindigkeit durch den interstellaren Raum jagt.
    Eine weiter Möglichkeit wäre natürlich auch, daß lediglich in einem engen Doppelsternsystem der schwerere und daher kurzlebigere Partner sein Dasein als Supernova beendet hat.
    Nun wird in dem Artikel aber behauptet, nicht eine Supernova sondern das schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße habe die Sterne beschleunigt indem es ihre Partner verschluck hat. Für mich stellt sich die Frage, wie groß die Warscheinlichkeit dafür ist, daß das schwarze Loch alle paar tausend Jahren ein Doppelsternsystem halbiert und warum daß Schwarze Loch nicht auch den zwangläufig sehr nahen Partner mitverschluckt hat.
    Auch würde der Energiegewinn auch nur dann ausreichen, um den Partner aus der Nähe des Schwarzen Loches zu bringen, wenn das Doppelsternsystem zuvor aus einer extrem großen Entfernung geradezu senkrecht auf das schwarze Loch zugefallen wäre, statt sich ihm, wie üblich, auf einer langsam enger werdenden Umlaufbahn zu nähern.
    Meine persönliche Vermutung ist, daß das schwarze Loch lediglich für eine medienwirksame Schlagzeile zur Ursache erklärt wurde und nicht auch nur eine Berechnung diesbezüglich angestellt wurde. Wetten?

  2. #2
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    Die Wette nehme ich an...

    Es ist immer wieder seltsam, was Leute für komische Vorstellungen von einem Schwarzen Loch haben - warum sollten sich Sterne, die verschluckt werden, jenem auf einer Spiralbahn nähern? Ein SL ist einfach ein sehr massives, dichtes Objekt (das kleiner ist als sein Schwarzschildradius, womit es "vermutlich" eine Singularität darstellt) - selbst um ein SL gibt es natürlich stabile Umlaufbahnen. Nur ganz nahe Schwarzen Löchern gibt es so starke Gravitationsgradienten, dass ein Stern zerrissen werden kann.

    Solche Interaktionen mit einem Schwarzen Loch unterscheiden sich also qualitativ nicht von jenen, die in Mehrfachsternsystemen stattfinden - auch da können gewisse Sterne ausgeworfen werden - ganz gemäss Energie- und Impulserhaltung. Aus der Geschwindigkeit der ausgeworfenen Sterne lässt sich dann die Masse der ursprünglich beteiligten Sterne berechnen und damit lässt sich auch sagen, ob für diese Geschwindigkeit ein Objekt nötig war, das mehr als einige 100 Sonnenmassen aufweist - was in unserer Milchstrasse nur auf das zentrale Schwarze Loch zutrifft. Ich nehme an, es gibt keine andere Möglichkeit, auf diese 550 km/s zu kommen.
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  3. #3
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    Zitat Zitat von Bynaus
    Die Wette nehme ich an...
    Und hast auch schon verloren.

    Zitat Zitat von Bynaus
    Es ist immer wieder seltsam, was Leute für komische Vorstellungen von einem Schwarzen Loch haben - warum sollten sich Sterne, die verschluckt werden, jenem auf einer Spiralbahn nähern?
    Energie geht halt nicht verloren, kann aber beispielsweise in Form von Gravitationswellen nach und nach abgestrahlt werden.

    Zitat Zitat von Bynaus
    Ein SL ist einfach ein sehr massives, dichtes Objekt (das kleiner ist als sein Schwarzschildradius, womit es "vermutlich" eine Singularität darstellt) - selbst um ein SL gibt es natürlich stabile Umlaufbahnen. Nur ganz nahe Schwarzen Löchern gibt es so starke Gravitationsgradienten, dass ein Stern zerrissen werden kann.
    Ja, und?

    Zitat Zitat von Bynaus
    Solche Interaktionen mit einem Schwarzen Loch unterscheiden sich also qualitativ nicht von jenen, die in Mehrfachsternsystemen stattfinden - auch da können gewisse Sterne ausgeworfen werden - ganz gemäss Energie- und Impulserhaltung. Aus der Geschwindigkeit der ausgeworfenen Sterne lässt sich dann die Masse der ursprünglich beteiligten Sterne berechnen und damit lässt sich auch sagen, ob für diese Geschwindigkeit ein Objekt nötig war, das mehr als einige 100 Sonnenmassen aufweist - was in unserer Milchstrasse nur auf das zentrale Schwarze Loch zutrifft.
    Nun gilt es zu berücksichtigen, daß dem galaktischen Zentrum auf Grund seiner Masse von 3,6 Millionen Sonnenmassen und seiner Position keine Energie entzogen werden kann, sondern lediglich dem mit einfallendem Begleitstern.
    Nun liegt aber bereits die Umlaufgeschwindigkeit der Sterne in der Nähe von SgrA bei 5000 km/s, d.h. die Fluchtgeschwindigkeit von dort beträgt bereits weit über 7000 km/s! Da reicht sogar die Energie, die man dem urplötzlichen Verschwinden eines schweren Begleitsternes dessen Oberfläche schon berührt wird verdanken könnte, nicht mehr aus.
    Aber wenn sich ein Begleitstern mit einer entsprechend großen Masse in der
    Nähe befindet, ist dieser eh so kurzlebig, so daß er sich recht bald in einer Supernova verflüchtigt. Daraufhin würde sich dann sein Begleiter, auf Grund der Beibehaltung seiner Bahngeschwindigkeit und der wegfallenden gravitativen Bindung, recht geschwind von dannen machen. D.h. man braucht keine massiven schwarzen Löcher, um die Geschwindigkeit der Vagabundensterne zu erklären!
    Die supermassiven schwarzen Löcher machen die Erklärung sogar deutlich komplizierter, denn man muß dann zusätzlich auch erklären, wie denn die "schnellen" Vagabundensterne aus deren Nähe entkommen sind.
    Zudem muß man dann auch noch die gewaltige Masse der restlichen Sterne des galaktischen Zentrums mit berücksichtigen, welche die nötige Fluchtgeschwindigkeit noch weiter vergrößern.

    Zitat Zitat von Bynaus
    Ich nehme an, es gibt keine andere Möglichkeit, auf diese 550 km/s zu kommen.
    Mit dieser Annahme liegst Du leider komplett daneben, denn wie gesagt, die Supernova eines nahen Begleitsternes von wenigen Sonnenmassen reicht. Die schwarzen Löcher wurden mit hoher Sicherheit ausschließlich für den Presserummel dazugedichtet.

  4. #4
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    Und hast auch schon verloren.
    Beweis? Ich würde eher sagen, du hast verloren: Hier ist das zur News gehörige Paper: http://arxiv.org/abs/astro-ph/0601580

    Energie geht halt nicht verloren, kann aber beispielsweise in Form von Gravitationswellen nach und nach abgestrahlt werden.
    Ein Sternsystem aus normalen Sternen wird kaum starke Gravitationswellen entstehen lassen. Und da das Schwarze Loch bei dem ganzen nicht stark bewegt wird, wird auch dieses kaum Gravitationswellen hervorrufen. Wo also sollen die herkommen?

    Ja, und?
    Du hast nicht den Eindruck gemacht, als ob dir das klar sei.

    Zudem muß man dann auch noch die gewaltige Masse der restlichen Sterne des galaktischen Zentrums mit berücksichtigen, welche die nötige Fluchtgeschwindigkeit noch weiter vergrößern.
    Tja, die Sterne hatten, als sie sich noch näher am Zentrum befanden, noch eine wesentlich höhere Geschwindigkeit. Fluchtgeschwindigkeit zu haben bedeutet eben, immer etwas schneller zu sein als die lokale Fluchtgeschwindigkeit.

    Mit dieser Annahme liegst Du leider komplett daneben, denn wie gesagt, die Supernova eines nahen Begleitsternes von wenigen Sonnenmassen reicht.
    Ach ja - kannst du diese Behauptung irgendwie belegen?
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  5. #5
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    Zitat Zitat von Bynaus
    Beweis? Ich würde eher sagen, du hast verloren: Hier ist das zur News gehörige Paper: http://arxiv.org/abs/astro-ph/0601580
    Äh - hmm - vielen Dank, für den Link, nur sah ich mich selten so bestätigt. Ich fand jedenfalls keine Berechnungen diesbezüglich in dem Skript.

    Zitat Zitat von Bynaus
    Tja, die Sterne hatten, als sie sich noch näher am Zentrum befanden, noch eine wesentlich höhere Geschwindigkeit.
    Klar, nur ist natürlich leider nicht so einfach erkennbar wo in unserer Galaxie ihre Reise startete.

    Zitat Zitat von Bynaus
    Ach ja - kannst du diese Behauptung irgendwie belegen?
    Klar, kannst Du aber auch selbst ganz einfach überschlagen. Die Endgeschwindigkeit ergibt sich aus der Energiedifferenz aus kinetischer Energie entsprechend der Umlaufgeschwindigkeit und Entweichenergie aus dem Gravitationsfeld des Supernovaüberrestes. Der Masseverlust bei einer Supernova soll bekanntlich mehr als 80% der Ausgangsmasse betragen, so daß sich die Entweichgeschwindigkeit letztlich mit rund 80% der vorherigen Umlaufbahngeschwindigkeit ergibt. Hierzu können sich dann noch die rund 200 km/s aus dem Umlauf um das galaktische Zentrum addieren. Die Supernova eines nahen Partnersternes von mehr als 6 Sonnenmassen würde daher genügen.

  6. #6
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    Hierzu können sich dann noch die rund 200 km/s aus dem Umlauf um das galaktische Zentrum addieren.
    Nope, da die angegebene Geschwindigkeit eine relativ zum lokalen Bewegungsrahmen der Galaxis war.

    Zudem nimmt die Umlaufgeschwindigkeit in einem Orbit mit der Wurzel zur Veränderung der Masse ab, und nicht mit der Masse.

    Was den Link angeht, ich gebe zu, das Paper nicht gelesen zu haben, es ging für mich aus dem Abstract hervor, dass eine Berechnung vorlag - ich werde das aber noch nachholen.
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  7. #7
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    Für mich klingt die Begegnungs-Hypothese mit dem Schwarzen Loch durchaus plausibel. Nirgendwo sonst kann man so häufig Stern-Stern-Begegnungen erwarten als in den dichten Regionen rund um das galaktische Zentrum. Der flüchtende Stern gewinnt seine Energie prinzipiell auf eine ähnliche Weise wie eine Raumsonde bei einem Swing-by-Manöver - wo ist das Problem? Das zitierte Paper habe ich zwar nicht gelesen, doch scheint mir das Abstract ebenfalls in Ordnung zu sein.

    Die Argumentation zur Beschleunigung durch einen "Supernova-Druck" hat hingegen etliche Schwachstellen. Die Zahlen zu den Fluchtgeschwindigkeiten kann ich dagegen nicht nachvollziehen.
    Zitat Zitat von Klaus
    Der Masseverlust bei einer Supernova soll bekanntlich mehr als 80% der Ausgangsmasse betragen, so daß sich die Entweichgeschwindigkeit letztlich mit rund 80% der vorherigen Umlaufbahngeschwindigkeit ergibt.
    Wie meinst du das? Meinst du etwa, daß der gesamte Massenverlust sich in der Geschwindigkeit widerspiegeln soll, mit dem der Begleitstern durch die Galaxis fliegt?

  8. #8
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    Lächeln

    Zitat Zitat von Bynaus
    Nope, da die angegebene Geschwindigkeit eine relativ zum lokalen Bewegungsrahmen der Galaxis war.
    Was verstehst Du unter 'lokalem Bewegungsrahmen'? Und was hat dieser damit zu tun, ob der Stern ursprünglich in Richtung seines Umlaufs ums galaktische Zentrum oder in Gegenrichtung weggeschleudert wurde?

    Zitat Zitat von Bynaus
    Zudem nimmt die Umlaufgeschwindigkeit in einem Orbit mit der Wurzel zur Veränderung der Masse ab, und nicht mit der Masse.
    Hatte ich auch berücksichtigt, die angegebenen Werte waren aber nur kurz im Kopf überschlagen. Doch für Dich auch noch mal zum mitrechnen.
    Die kinetische Energie hängt bei gegebener Masse vom Quadrat der Geschwindigkeit ab, wobei selbiges für die Kreisbahngeschwindigkeit mit GM/r gegeben ist und für die Fluchtgeschwindigkeit mit 2GM/r. Wenn bei der Fluchtgeschwindigkei die Masse nur noch ein Fünftel beträgt, erhält man für die Differenz der Geschwindigkeitsquadrate GM/r - 2/5GM/r und damit für die verbleibende Geschwindigkeit (0,6 GM/r)^0,5. Das heißt die Geschwindigkeit beträgt 77,5% der vorherigen Kreisbahngeschwindigkeit. Meine Angabe des Masseverlustes mit über 80% war aber eh nur ein gerundeter Schätzwert, die Angabe die ich gefunden war 85%, was wieder eine Restgeschwindigkeit von 83,7% der Kreisbahngeschwindigkeit ergeben würde.
    Wenn zusätzlich auch noch die Druckwelle der Explosion berücksichtigt wird, ist die resultierende Endgeschwindigkeit natürlich noch höher, abhängig davon, wie dicht beieinander die Sterne zum Zeitpunkt der Supernova sind und wieviel ausgeworfenes Materials den Vagabunden daher trifft.

    Zitat Zitat von Emil
    Wie meinst du das? Meinst du etwa, daß der gesamte Massenverlust sich in der Geschwindigkeit widerspiegeln soll, mit dem der Begleitstern durch die Galaxis fliegt?
    Ja, da sich die weggeschleuderte Materie um ein vielfaches schneller als der Stern bewegt und der Materieauswurf schlagartig erfolgt.

  9. #9
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    Das heißt die Geschwindigkeit beträgt 77,5% der vorherigen Kreisbahngeschwindigkeit.
    Wenn das so wäre, würde man nicht erwarten, dass der Stern das System verlässt, im Gegenteil, er müsste auf eine tiefere Bahn stürzen. Mit deiner Rechnung kann also etwas nicht stimmen, oder du hast dich undeutlich ausgedrückt.

    Ich würde sagen, man müsste überprüfen, ob v(stern (Kreisbahn ohne Massenverlust)) > als v(fluchtgeschwindigeit (20%Masse)) ist. Also, ob

    (GM/r) / (2GM/5r) grösser 1 ist. Das ist der Fall, die Geschwindigkeit beträgt 5/2 der notwendigen Fluchtgeschwindigkeit.

    Dass die Supernova-Explosion eine Druckwelle bewirken kann, die einen Stern beschleunigen kann, glaube ich kaum. Bedenke, dass Sterne schon so eine geringe Dichte haben, und Sterne, die kurz vor der Supernova stehen, haben erst recht eine extrem geringe Dichte - wird diese Masse auch noch durch die Explosion verteilt, bleibt kaum etwas übrig, was den Stern beschleunigen könnte.

    Was verstehst Du unter 'lokalem Bewegungsrahmen'?
    Die mittlere Geschwindigkeit der Sterne in diesem Bereich der Galaxis. Bezüglich dem galaktischen Zentrum beträgt sie in "unseren Breiten" etwa 220 km/s, IIRC. Das heisst, wenn ein Stern eine Überschussgeschwindigkeit von 550 km/s zum lokalen Bezugsrahmen aufweist, dann kannst du eben NICHT 220 km/s davon durch die lokale Bewegung erklären, sondern müsstest, um eine galaktozentrische Geschwindigkeit zu erhalten, diese noch zu den 550 km/s addieren.
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  10. #10
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    Zitat Zitat von Bynaus
    Wenn das so wäre, würde man nicht erwarten, dass der Stern das System verlässt, im Gegenteil, er müsste auf eine tiefere Bahn stürzen. Mit deiner Rechnung kann also etwas nicht stimmen, oder du hast dich undeutlich ausgedrückt.
    Was ist an Trivialitäten so schwer zu verstehen? Man zieht von der kinetischen Energie auf Grund der Bahngeschwindigkeit, die Energie zum Entkommen aus dem späteren Gravitationsfeld ab. Das Ergebnis ist die verbleibende Bewegungsenergie, von der man auf die resultierende Geschwindigkeit schließen kann.

    Zitat Zitat von Bynaus
    Ich würde sagen, man müsste überprüfen, ob v(stern (Kreisbahn ohne Massenverlust)) > als v(fluchtgeschwindigeit (20%Masse)) ist. Also, ob (GM/r) / (2GM/5r) grösser 1 ist. Das ist der Fall, die Geschwindigkeit beträgt 5/2 der notwendigen Fluchtgeschwindigkeit.
    Das, was Du hier hirnrissigerweise ins Verhältnis gesetzt hast, sind keine Geschwindigkeiten sondern Geschwindigkeitsquadrate die noch dazu in dieser Form keinerlei Bezug zu einander haben, da es hier nicht um eine einfache Geschwindigkeitsaddition geht, sondern um eine Energiebilanz. Sorry, aber Du mußt da wohl noch ein wenig rechnen üben.

    Zitat Zitat von Bynaus
    Dass die Supernova-Explosion eine Druckwelle bewirken kann, die einen Stern beschleunigen kann, glaube ich kaum. Bedenke, dass Sterne schon so eine geringe Dichte haben, und Sterne, die kurz vor der Supernova stehen, haben erst recht eine extrem geringe Dichte - wird diese Masse auch noch durch die Explosion verteilt, bleibt kaum etwas übrig, was den Stern beschleunigen könnte.
    Beschleunigend wirkt die Energie der Materie des gesamten Sektors des explorienden Sterns welche auf den Begleiter trifft und von diesem absorbiert wird. Bei einer extremen Nähe der Sterne kann dieses schon einiges ausmachen, besonders wenn der explodierende Stern sehr schwer ist, die Wirkung sinkt jedoch mit dem Abstandsquadrat.

    Zitat Zitat von Bynaus
    Die mittlere Geschwindigkeit der Sterne in diesem Bereich der Galaxis. Bezüglich dem galaktischen Zentrum beträgt sie in "unseren Breiten" etwa 220 km/s, IIRC. Das heisst, wenn ein Stern eine Überschussgeschwindigkeit von 550 km/s zum lokalen Bezugsrahmen aufweist, dann kannst du eben NICHT 220 km/s davon durch die lokale Bewegung erklären, sondern müsstest, um eine galaktozentrische Geschwindigkeit zu erhalten, diese noch zu den 550 km/s addieren.
    Das wurde bei den publizierten Werten ja eh berücksichtigt und stand auch gar nicht zur Debatte, sondern lediglich, daß wenn sich die Umlaufgeschwindigkeit von 220km/s des Doppelsternsystems ums galaktische Zentrum vektoriell zu 550km/s Restgeschwindigkeit aus der Supernovaexplosion addiert, sich praktisch eine Verdopplung der kinetischen Energie ergibt und gleichzeitig ein geringeres Geschwindigkeitsdefizit beim Verlassen der Milchstraße. Das hat mit der Eigenbewegung des späteren Beobachters nichts zu tun.

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