Ich habe hier im Blog schon oft über Kollisionen zwischen Galaxien geschrieben (zum Beispiel hier, hier). Obwohl „Kollision“ für das Aufeinandertreffen zweier Galaxien eigentlich das falsche Wort ist. Denn direkt zusammenstoßen tut da eigentlich nichts. Eine Galaxie ist zwar riesengroß aber auch größtenteils leer. Auch wenn eine Galaxie aus vielen Sternen besteht (bei unserer Milchstraße sind es ungefähr 200 Milliarden) – noch viel mehr macht der Raum zwischen den Sternen aus. Eine Galaxie besteht in erster Näherung aus Nichts, mit ab und zu ein paar Sternen dazwischen. Wenn Galaxien also kollidieren, dann stoßen dort keine physischen Objekte zusammen. Die beiden großen Sternensysteme durchdringen sich gegenseitig und die Chance, dass zwei Sterne tatsächlich zusammenprallen ist enorm gering. Das heißt nicht, dass die Galaxien völlig unbeschadet aus so einer Kollision hervorgehen. Die wirkenden Gravitationskräfte (vor allem die Gezeitenkräfte) verformen die Galaxien und beeinflussen das Gas, das sich zwischen den Sternen befindet, so dass neue Sterne entstehen können (In meinem Buch „Krawumm!“ habe ich das ausführlich erklärt). Und am Ende so einer Kollision stößt dann doch noch etwas zusammen: Die schwarzen Löcher in den Zentren der Galaxien!
Denn im Zentrum jeder Galaxie befindet sich einer supermassereiches schwarzes Loch. Wie der Name schon sagt ist es superschwer. Das Loch im Zentrum der Milchstraße ist drei Millionen Mal schwerer als unsere Sonne! Und so wie die Sonne das massereiche Zentrum unserer Sonnensystems ist und sich alle Planeten um sie herum bewegen, bewegen sich alle Sterne der Milchstraße um das zentrale supermassereiche schwarze Loch (unsere Sonne braucht für eine Runde 200 Millionen Jahre). Da die schwarzen Löcher die gravitativen Zentren der Galaxien darstellen, ziehen sich gegenseitig an, umkreisen sich und prallen am Ende aufeinander (Das geht aber nicht so schnell, wie man sich das vorstellt. Die Kollision zweier Galaxien kann hunderte Millionen Jahre dauern). Diesen Vorgang haben Wissenschafler am NASA Goddard Space Flight Center untersucht und am Computer simuliert. Wenn man schwarze Löcher verstehen will, dann muss man sich auch um ihre Magnetfelder Gedanken machen. Denn die sind es, die die Effekte erzeugen, die wir beobachten können. Das schwarze Loch selbst ist ja unsichtbar; es lässt ja kein Licht entkommen. Es ist aber von einer großen Scheibe aus Material umgeben, das sich spiralförmig auf das Loch zu bewegt. Dabei wird es vom Magnetfeld des Lochs beeinflusst und das stark beschleunigte Material gibt Licht ab, das wir beobachten können (meistens handelt es sich um Röntgenlicht). Wie und wohin das Licht abgestrahlt wird, hängt von der Struktur des Magnetfelds ab und die wurde am Computer simuliert. Schaut cool aus:
Man sieht schön, wie die Interaktion der beiden Magnetfelder eine trichterähnliche Struktur erzeugt, die von der Scheibe um die Löcher weg weist. Entlang dieser Trichter kann sich die Strahlung ausbreiten und beobachtet werden. Die Kollision solcher supermassereichen Löcher verzerrt aber auch den Raum selbst enorm stark. Dabei werden Gravitationswellen erzeugt. Um diese Wellen beobachten zu können braucht man aber ein ausreichend genaues Messgerät. So ein Gravitationswellendetektor wäre LISA gewesen, die Laser Interferometer Space Antenna. Leider hat die NASA das Projekt eingestellt. Die europäische Weltraumagentur ESA hatte geplant, eine abgespeckte Version der Weltraummission alleine durchzuführen, aber auch hier ist die Finanzierung unsicher. Es wird also vielleicht noch eine Weile dauern, bis wir so eine supermassive Kollision nicht nur am Computer, sondern auch in der Natur beobachten können…
Kleine Anmerkung:
Sterne nicht, aber die Gas- und Dunkelwolken schon, das löst dann im allgemeinen eine schöne Sternentstehungswelle(Starburst) aus. M87 hat sich anscheinend sogar mal frische Kugelsternhaufen gebaut.
https://www.stsci.edu/stsci/meetings/shst2/elsonr.html
https://arxiv.org/pdf/astro-ph/9906488v1.pdf
Ich hoffe das ist jetzt keine blöde Frage, aber warum haben schwarze Löcher Magnetfelder? Magnetfelder gehören doch zum Elektro-Magnetismus und der wird doch von Photonen übertragen, und Photonen kommen aus einem schwarzen Loch doch nicht raus. Ich bringe wahrscheinlich alles durcheinander 🙁 Für eine Antwort schon mal vielen Dank im Voraus.
@mr_mad_man
Die Magnetfelder, um die es hier geht, werden vom Plasma in der Akkretionsscheibe erzeugt (so ähnlich wie die Sonnenmagnetfelder).
Schwarze Löcher können laut dem No-Hair-Theorem (falls es korrekt ist) ansonsten nur Masse, Drehimpuls und elektrische Ladung haben (wobei bewegte Ladung ein Magnetfeld erzeugt). Es gibt aber keinen Grund, warum ein real existierendes Schwarzes Loch geladen sein sollte (im Gegensatz zu einem Drehimpuls ungleich 0).
Siehe auch https://en.wikipedia.org/wiki/No_hair_theorem
@Alderamin: Vielen Dank für die Antwort und den Link. Wenn ich das jetzt richtig verstanden habe erzeugt also nicht das SL selbst das Magnetfeld sondern das Material drumherum.
Im Artikel steht: „Es ist aber von einer großen Scheibe aus Material umgeben, das sich spiralförmig auf das Loch zu bewegt. Dabei wird es vom Magnetfeld des Lochs beeinflusst und das stark beschleunigte Material gibt Licht ab, das wir beobachten können“
Richtig müsste es dann doch heißen: „…Dabei erzeugt es ein Magnetfeld und beeinflusst sich selbst…“
Ich will nicht ‚pingelig‘ erscheinen, sondern es einfach so gut wie möglich verstehen und würde das für mich so zusammenfassen: Wenn sich ein SL in leerer Umgebung befindet ist kein Magnetismus feststellbar, erst wenn es von Material umgeben ist, welches sich auf das SL zubewegt, erzeugt dieses Material den Magnetismus. Kann man das (laienhaft) so stehen lassen?
@mr_mad_man
So wie Du es sagst, würde ich das auch verstehen, wenn Florian nichts anderes sagt. Das Material in der Scheibe wird von den Magnetfeldern, die durch die Drehung und Ionisation der Scheibe entstehen, beschleunigt.
Was anderes wäre es, wenn die Schwarzen Löcher geladen wären, dann hätten wir kreisförmig bewegte Ladungen, das gäbe ein schönes Dipol-Feld wie bei einer Spule. Aber wie gesagt, es gibt keinen Grund anzunehmen, dass reale schwarze Löcher geladen sein sollten. Sie entstehen aus neutralen Sternen und sammeln neutrales Material ein.
Wo es mir immer das Hirn total ausrenkt sind diese Effekte der Zeitdehnung. Man liest ja in der Literatur immer wieder, dass eine stärkere Gravitation die Zeit verlangsamt und am Ereignishorizont sollte für uns außenstehende Beobachter die Zeit still stehen. Insoferne erzeugt der Fall in ein Schwarzes Loch meinen Hirnwindungen einen Widerspruch, denn wenn keine Zeit vergeht gibt es keine Bewegung und somit kann nichts den Ereignishorizont überschreiten. Okay, bei zwei Schwarzen Löchern ist das ein wenig anders, weil sich hier wohl die Ereignishorizonte selbst vereinigen und das Ding das tatsächlich fällt ja innerhalb des Ereignishorizonts ist. Gibt aber trotzdem Hirnknoten.
@Wurgl
Die Verrenkung ist schnell behoben, wenn Du Dir den Unterschied klar machst zwischen dem, was ein externer Beobachter sieht, und dem, was wirklich passiert.
Wenn etwas in ein schwarzes Loch fällt, wird das Licht aufgrund der hohen Gravitation immer langwelliger, Vorgänge erscheinen zitlich gedehnt abzulaufen (deren Geschwindigkeit könnte man mit den Schwingungen einer Pendeluhr messen, die ebenso wie die Lichtwellenlängen langsamer ablaufen). Am Ergeinishorizont wird die Wellenlänge unendlich und das Objekt scheint einzufrieren, wobei es zu langen Wellenlängen hin verblasst.
Tatsächlich rast das Objekt aber mit großer Geschwindigkeit in das Zentrum des Schwarzen Lochs. Wenn man aus einer Lichtsekunde Entfernung mit beinahe Lichtgeschwindigkeit senkrecht in ein schwarzes Loch hineinfällt, ist man nach ungefähr einer Sekunde externer Zeit im Zentrum des Schwarzen Lochs, denn solange braucht man zur Überwindung der Strecke, die ja nicht kürzer wird. Auch aus Sicht des betroffenen Objekts geht es sehr schnell, sogar noch viel schneller, weil bei der hohen Geschwindigkeit die Strecke verkürzt erscheint (relativistische Längenkontraktion). Es sieht für einen externen Beobachter also nur so aus, als ob das Objekt am Ereignishorizont einfriert, weil das Licht des Objekts nicht mehr vom Schwarzen Loch weg kommt.
@Alderamin Danke für die Erklärung. Jetzt hat sich auch bei mir eine Verrenkung gelöst.
Gibt es eigentlich eine hörbaren Knall, wenn die beiden Löcher zusammenrauschen? Oder würde dieser falls überhaupt vorhanden auch vom schwarzen Loch mitgeschluckt?
@AlBundy
Im Vakuum gibt’s keinen Schall. Aber ein Stoßwelle wird sicher durch die Akkretionsscheibe laufen.
Man würde auch die Sonne donnern und dröhnen hören können, wenn Schallwellen zu uns dringen könnten. Was man kann, ist die Bewegung der Oberfläche genau messen, das nennt man Helioseismologie (Die dort betrachteten Schwingungen sind aber so niederfrequent, dass man sie nicht hören könnte, was nicht heißt, dass es hörbare Frequenzen nicht gibt). Das ist so, als ob man die Bewegung einer Lautsprechermembran beobachtet und daraus den Schall ableitet. Auf diese Weise kann man tief in die Sonne hineinschauen, so ähnlich wie mit Erdbebenwellen in die Erde. Und eingeschränkt geht das sogar bei manchen Sternen und nennt sich dann Astroseismologie.
@ Alderamin, sorry,hab ich mir auch schon ein bisschen gedacht, dass man den Schall im Vakuum nicht hören kann – aber wäre es nicht möglich, dass z. B. bei der anstehenden Supernova von Beitgeuze die auf die Erde treffenden Frequenzen dann durch das Medium Luft doch hörbar werden, wenn auch wohl aufgrund der Entfernung in geringem Umfang.
@AlBundy
Nein, wie soll das denn gehen? Schall ist eine Druckwelle in einem Medium – Gas, Flüssigkeit, Festkörper. Benachbarte Teilchen stoßen sich gegenseitig an und so breitet sich die Schallwelle aus.
Zwischen Beteigeuze und uns ist aber über den weitaus größten Teil der Strecke – Nichts. Vielleicht ein paar Atome pro Kubikmeter, aber die würden sich nicht anstoßen können, die Chance, sich zu treffen, wäre viel zu klein. Also kann Beteigeuze noch so laut donnern – wir bekämen nichts davon mit.
Das ausgefworfene Material im Supernovarest könnte Schall ein Stück weit nach außen tragen. Das Gas stieße stark verdünnt mit dem vor langer Zeit vom Stern ausgestoßenen Sternenwind zusammen. Das kann man bei der Supernova von 1987 in der Großen Magellanschen Wolke betrachten, wo das Gas sich durch die Verdichtung aufheizt und sichtbar wird (die beteiligten Frequenzen sind aber aufgrund der geringen Gasdichte so extrem gering, dass man auch dort im Raumanzug nichts hören würde, aber immerhin, eine Druckwelle pflanzt sich fort, sogar über Lichtjahre). Aber Beteigeuze ist hunderte Lichtjahre entfernt, das Gas käme bei weitem nicht in unsere Nähe.
Es gibt nicht viele kosmische Prozesse, die Schall auf der Erde auslösen können. Polarlichter sollen manchmal knisternd hörbar sein, so wie Sternschnuppen zischend (nicht nur das Explodieren von großen Meteoriten). Das hat dann üblicherweise damit zu tun, dass elektrische Felder irgendwelche Metallteile in der Nähe des Beobachters in Schwingungen versetzen. Ich hab‘ das mal bei einem nahen Blitzeinschlag erlebt: als der Blitz gleißend hell in der Nähe einschlug, rasselte die Edelstahl-Spüle in der Küche neben mir, und erst eine halbe Sekunde später kam der Schall des Donners bei mir an.
Meteore und Polarlicht ionisieren die Luft in der oberen Atmosphäre und dadurch können niederfrequente Radiowellen entstehen, die – in seltenen Fällen – instantane Geräusche am Boden verursachen können, wenn der richtige „Lautsprecher“ vorhanden ist, z.B. irgendein Blech. Ich hab‘ so was allerdings noch nie gehört.
Man kann an den ionisierten Meteorschweifen sogar Funkwellen reflektieren und damit kurze Datenpakete über größere Strecken um die Erdkrümmung herum übertragen. Das nennt sich dann Meteor Burst Communication.
@AlBundy:
Erstmal ist da draussen nichts, nichts und nochmal nichts (außer ganz, ganz wenig). Und damit ist die mögliche Energieübertragung kleiner als minimal und entsprechend die mögliche Lautstärke ziemlich exakt Null. Aber das hat Alderamin schon geschrieben.
Und dann gibts da noch die Schallgeschwindigkeit die doch um ein paar Größenordnungen kleiner ist als die Lichtgeschwindigkeit. Also selbst wenn man den Wumms „hören“ könnte, dann wäre die Zuordnung zum sichtbaren Ereignis verflixt schwierig. Selbst vom nächsten Stern würde so ein „Schallereignis“ bei uns erst hunderttausend(e) Jahre später eintreffen.
@AlBundy:
btw: Frequenzen treffen nirgendwo auf. Frequenzen sind Eigenschaften von Vorgängen. Keine Dinge. Zu allem Überfluß sind Schall und Licht zwei furchtbar voneinander entfernte Themen, die nur in Spezialfällen von derselben Tischdecke berührt werden.
Es sind übrigens – und das ist explizit KEIN Vorwurf an dich – genau diese Unsauberkeiten, die Broers & Co. gerne verwenden, um auf dicke Hose zu machen und ahnungslosen Mitbürgern vorzugaukeln, sie wären „vom Fach“. Offenbar ist der physikalisch nicht besonders vorbelastete Normalmensch mit dem kontextuellen Umfeld des Begriffes „Frequenz“ nicht sehr vertraut.
Danke für die Erklärungen 🙂
So weit so gut, alles verstanden, wie ein Leie es nur verstehen kann…. doch das mit „LISA“ ist mir ein rätsel.
Wie das funktionieren soll , ist mir eigentlich klar, jedoch ist mir nicht klar, weshalb man gravitationswellen so sichtbar machen soll? immerhin ändert sich mit der gravitation auch die Zeit, das heisst egal wo man diese drei messpunkte aufstellt, wenn diese Gravitationswelle wirklich so existieren würde, würde man doch trotzdem nie einen Zeitunterschied finden, da die zeit in der welle selbst sich kurz beschleunigt und wieder verlangsamt, was das ganze doch immer wieder ausgleichen sollte?, meiner meinung nach wird dieser test nie zum erfolg führen…. aber wie gesagt ich bin da nur ein Leie, und das ganze experiment wirkt für mich wie nach der suche nach dem Äther 🙂
LISA funktioniert, indem man zwei Lichtstrahlen im rechten Winkel zueinander laufen lässt und diese dann mit einander interferieren. Okay, diese Lichtstrahlen sind dann noch Laserlicht aus einer gemeinsamen Quelle, sonst klappt das nicht. Der Trick ist nun, dass eine solche Welle, die sich ja gleich schnell wie das Licht ausbreitet, diese beiden Strahlen zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchläuft bzw. mit unterschiedlichen Winkeln und dadurch ein erkennbares Signal beim Interferenzmuster erzeugt.
Ich tippe mal, dass die Wahrscheinlichkeit, dass sich 2 Supermassive treffen nahe Null ist. Müssten sich nicht die Ereinishorizonte überlappen?, sonst rasen sie doch einfach aneinander vorbei?
Gravitationswellen gibt es im Prinzip immer, wenn sich 2 massetragende Objekte umkreisen. Im Sonnensystem sind die aber alle viel zu leicht, bei Neutronensternen hat die Energieverluste durch Gravitationswellen schon nachweisen können.
Die umkreisen sich dann in einen Doppelsternsystem sehr eng und die Beobachtung war indirekt über die Umlaufzeit
@Adenosine
Nein, die Wahrscheinlichkeit ist nach einem Galaxien-Merger langfristig 1, weil die Schwarzen Löcher allmählich zum Zentrum sinken werden, indem sie leichtere Sterne nach außen befördern, sich dann im Zentrum eine Weile umkreisen werden und sich dabei durch die Abstrahlung von Gravitationswellen immer näher kommen, bis sie schließlich verschmelzen.
Zum Thema Schwarze Löcher beschäftigt mich eine Frage: Wenn zwei Schwarze Löcher kollidieren und ein neues schwarzes Loch mit einer entsprechenden höheren Anziehungskraft entsteht und weitere andere Schwarze Löcher anzieht, dann würde doch irgendwann der Kosmos und somit die gesamte Materie in einem schwarzen Loch konzentriert sein. Was geschieht dann? Beginnt alles wieder mit dem Big Bang von vorne – Bis ein schwarzes Loch wieder alles Materie in sich vereint? Wie seht Ihr das?
@Andrew
Ein schwarzes Loch ist kein Staubsauger. Wenn zwei Schwarze Löcher zu einem verschmelzen, haben sie aus der Entfernung betrachtet praktisch dieselbe Anziehungskraft wie vor der Verschmelzung. Die Anziehungskraft wird durch die Masse bestimmt, wobei es in hinreichender Entfernung völlig egal ist, ob diese Masse in einem Schwarzen Loch steckt, oder in mehreren, oder in Sternen, oder einer großen Gaswolke, solange es nur die gleiche Masse ist…
Bei einem Schwarzen Loch ist die Masse lediglich auf kleinerem Raum konzentriert, und in unmittelbarer Nähe ist die Schwerkraft dann sehr viel größer, als bei einer verteilten Masse, bei der man sich bei entsprechendem Abstand schon mitten in ihr drin befände. Z.B. kann man ein Schwarzes Loch von Sonnenmasse in 4 km Entfernung mit beinahe Lichtgeschwindigkeit noch stabil umkreisen. Dem Zentrum der Sonne kann man sich aber nicht näher als 695000 km nähern, weil man sonst in die Sonne eintauchen würde. Außerhalb dieses Abstands verhält sich die Schwerkraft eines Schwarzen Lochs von Sonnenmasse genau so wie die der Sonne, d.h. die Erde könnte es im jetzigen Abstand in genau einem Jahr umkreisen. Es wäre aber nur 6 km im Durchmesser und damit viel zu klein, um mit bloßem Auge gesehen werden zu können (etwa als Verzerrung des Hintergrunds).
Damit Schwarze Löcher verschmelzen können, müssen sie sich erst durch Verlust von Bewegungsenergie näher kommen (zunächst durch Abgabe von Bewegungsenergie an andere Sterne, denen sie begegnen, später durch Gravitationswellen, wenn sie sich eng umkreisen). Die Schwerkraft alleine bringt die Schwarzen Löcher nicht zusammen, denn wenn sie aufeinander zu fielen, würden sie immer schneller werden, und wenn sie sich auch nur ein wenig verfehlten, würde die gewonnene Bewegungsenergie sie wieder auf einer elliptischen Bahn an den Ausgangspunkt der Bewegung zurückschleudern. Da aber in der Milchstraße alles um deren Zentrum kreist, werden die Schwarzen Löcher der Milchstraße von vorne herein in weitem Abstand voneinander das Zentrum umkreisen, und nicht aufeinander zu oder in das Zentrum fallen. Denn sie ziehen einander nicht mehr an, als die Sterne, aus denen sie entstanden sind.
@Alderamin:
Aber andererseits kreisen die schwarzen Löcher (und die Sternensysteme) der Milchstraße ja um das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße. Werden also von dessen Gravitation angezogen. Folglich werden sich die schwarzen Löcher der Milchstraße (und die Sternensysteme) irgendwann mit dem schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße vereinigen, oder? So falsch kann die Vorstellung von einem „Staubsauger“ nicht sein, oder? 😉
@Andrew
Nein, die Sterne (und Schwarzen Löcher) der Milchstraße umkreisen ihren gemeinsamen Schwerpunkt. Die Milchstraße hat so ungefähr eine Billion Sonnenmassen (Quelle), das zentrale Schwarze Loch nur ca. 4.1-4.5 Millionen (gleiche Quelle), das ist 250000 mal weniger. Deswegen stören sich die meisten Objekte der Milchstraße ziemlich wenig am zentralen Schwarzen Loch, nur diejenigen in seiner unmittelbarer Nähe.
Und nochmal: Schwarze Löcher sind ebensowenig Staubsauger wie unsere Sonne. Das Schwerefeld ist außerhalb der Sonne dasselbe wie das eines Schwarzen Lochs der gleichen Masse. Es würde die Erde nicht verschlingen.
Angenommen, Du willst etwas in die Sonne feuern, z.B. Atommüll. Wie geht das? Du schießt den Müll in Gegenrichtung zur Erdbewegung um die Sonne nach hinten weg. Und zwar exakt mit der Geschwindigkeit, mit der die Erde um die Sonne kreist, und das sind fast 30 km/s. Das ist viel mehr Geschwindigkeitsdifferenz, als zum Verlassen des Sonnensystems nötig wäre (wenn man den Schub in Richtung der Erdbewegung geben würde).
Dann steht der Müll still im Raum, bzw. er würde senkrecht auf die Sonne zu fallen. Hat der Müll hingegen noch eine Restbewegung in Richtung der Erdbewegung, dann fällt er nicht nur auf die Sonne zu, sondern auch ein wenig zur Seite. Dann verfehlt der Müll die Sonne seitlich. Es besteht ein kleines Drehmoment durch die Seitwärtsbewegung, die der Müll nicht mehr los wird. Das Resultat ist, dass er an der Sonne vorbei fällt, hinten um die Sonne herum zurück kommt, und wieder an den Ausgangspunkt zurückkehrt: eine elliptische Umlaufbahn.
Nun ist die Sonne mit ihren 1,4 Millionen km noch ein ziemlich großes Ziel. Jetzt versuch‘ mal ein gleich massives Objekt von 6 km Durchmesser zu treffen. Da muss die Seitwärtsgeschwindigkeit aus 150 Millionen km Entfernung schon superfein abgestimmt sein, sonst fällt der Müll unweigerlich wieder vorbei, auch wenn’s nur ein paar Kilometer Abweichung sind. Ohne Kurskorrekturen würde das auch die NASA nicht hinbringen.
Und deswegen saugen Schwarze Löcher nicht einfach alles auf. Alles in der Milchstraße bewegt sich in Ellipsen oder Kreisen um das Zentrum. Alle Objekte haben diese Seitwärtsbewegung. Nur Sterne, die sehr eng um das Schwarze Loch kreisen und sich gegenseitig in ihren Bahnen stören können das Pech haben, ihm so nahe zu kommen, dass es sie zerreißt. Und das freigesetzte, nicht mehr kompakt zusammenhaltende Gas des Sterns kann sich dann zu einer Scheibe formen, in der Reibung zwischen den Teilchen die Bewegung so weit abbremst, dass die Materie sich dem Ereignishorizont nähern kann. Und erst dort gibt es dann kein Entkommen mehr.
Supermassive Schwarze Löcher (z.B. aus von der Milchstraße vereinnahmten Galaxien) neigen dazu, bei Begegnungen mit anderen Sternen diese nach außen zu beschleunigen und dabei ein wenig Bewegungsenergie abzugeben, wodurch sie allmählich zum Zentrum der Milchstraße sinken. Erst durch diesen Mechanismus und die Abstrahlung von Gravitationswellen in unmittelbarer Nähe haben die Schwarzen Löcher die Chance, schließlich zu verschmelzen.
@Alderamin:
Ich würde gerne bei deinem Beispiel mit dem Müll bleiben: Wenn der Müll, wie du beschrieben hast, eine elliptische Umlaufbahn bekommt, ist diese doch unmöglich dauerhaft stabil. Irgendwann stürzt der Müll doch auf die Sonne oder irre ich mich?
An sich ist die Bahn stabil. Und zwar dauerhaft stabil. Nur andere Körper, wie die Planeten können ein wenig an dem Müll zerren und die Bahn etwas verändern. Dadurch könnte sich seine Bahn ein klein wenig ändern. Speziell bei relativ kleinen Körpern, wie eben Müll, wirkt der Strahlungsdruck der Sonne auch ein wenig und kann die Bahn verändern.
Aber diese Änderungen bewirken nicht, dass der Mülls zwingend und immer in die Sonne knallt.
Vergiss nicht: Die Bewegung im Hochvakuum ist vollkommen reibungsfrei. Da bremst nix.
@Andrew
Du irrst. Nur wenn andere Planeten dem Müllcontainer gelegentlich begegnen (was auf einer engen elliptischen Bahn, welche die Bahnen von Venus oder Merkur kreuzt, über kurz oder lang passieren wird), kann sich die Bahn so ändern, dass der sonnennächste Punkt unter deren Oberfläche zu liegen kommt (bei einem winzigen Schwarzen Loch ist das so gut wie ausgeschlossen! Wenn einer Staubsauger ist, dann ein normaler Stern, vorzugsweise ein Riesenstern) oder aber der Container ganz aus dem Sonnensystem geschleudert wird. Als reines Zweikörperproblem ist das nicht möglich. Energie (Summe aus Bewegungsenergie und Potenzieller Energie) und Drehimpuls auf der Bahn müssen erhalten bleiben. Wenn der Müllcontainer keinen Partner findet, dem er einen Teil davon abgeben kann, tut er das, was die Planeten auch tun: er kreist um die Sonne, solange es diese gibt.
@Andrew
Von allein stürzt der Müll nicht in die Sonne, sondern bleibt auf seiner elliptischen Bahn. Instabilität des Orbits bedeutet, dass es zu Begegnungen mit anderen Objekten kommen kann, und dabei beide abgelenkt werden. Zum Beispiel trifft der Müll in Sonnennähe einen Asteoiden.
Dann erfahren beide die Gravitationskraft aufeinander, die auf beiden Seiten gleich ist. Weil F = m*a (Kraft = Masse * Beschleunigung) für beide Körper gilt, erfährt das masseärmere Objekt (der Müll) eine entsprechend größere Beschleunigung. Durch diese neue Beschleunigung könnte dann der Müll in die Sonne stürzen. Oder er landet einfach auf einem engeren Orbit. Oder auf einem weiteren Orbit. Im Extremfall könnte es sein, dass der Müll aus dem Sonnensystem geschleudert wird.
(Währenddessen würde auch der Asteroid seine Bahn ändern, aber aufgrund des Masseunterschieds nur ein Bisschen)
Bei Merkur und Venus ist der Massenunterschied zum Müll natürlich entsprechend größer, und die Ablenkung der Planetenbahnen so winzig, dass sie wohl schon im Messfehler untergeht…
Ein schwarzes loch ist nicht unsichtbar nur weil es kein licht entkommen lässt, theoretisch müsste es unsichtbar sein jedoch verschlingt es nicht 100 prozent des lichts.
Noch schlimmer! Ein Schwarzes Loch stellt sehr merkwürdige Dinge mit Materie in seiner Umgebung an. Die Leuchtkräfte eines gerade akkretierenden Lochs können um ein Vielfaches höher sein als die einer brav leichte Kerne fusionierenden Sonne.
@boss:
Das SL selbst ist auch unsichtbar in dem Sinne, dass es nichts ausstrahlt oder reflektiert wie andere, sichtbare Objekte; es kann nur indirekt beobachtet werden. Das Licht, was den Ereignishorizont überschreitet, wird tatsächlich zu 100% aufgenommen; insofern ist Dein 2. Satzteil eventuell missverständlich.
@myself:
Ausgenommen natürlich die vermutete Hawking-Strahlung.
Hallöchen!
Mehrere zusammenhängende Fragen:
Wie kann man das „Verschlucken von Materie/Energie“ allgemein, bzw im Speziellen die Verschmelzung zweier SL beobachten, wenn doch nach der ART die Zeitdilatation am EH maximal (unendlich) ist, da hätten wir doch ein Standbild oder nicht?
Und wenn bei uns nur ein Standbild ankommt, wieso können wir dann Gravitationswellen messen?
Gilt für Gravitationswellen keine Zeitdilatation am EH oder entstehen die einfach nur außerhalb?
@Venerys
Die entstehen außerhalb. Wenn große Massen stark beschleunigt werden, wenn sie sich eng umkreisen. Mit LIGO hat man jeweils die letzten paar Umläufe der beiden gefundenen Ereignisse messen können, bis das Signal verschwand (und das tut es so oder so, mit oder ohne Zeitdilatation). Ein „Ausklingeln“ (ringdown) des hantelförmigen Schwarzen Lochs, das zunächst entstand, während es runder wurde, hat man noch sehen können.
Ah, das vermutete ich, danke.
Aber wie kann etwas in ein schwarzes Loch stürzen, wenn es (von außen betrachtet) niemals dort ankommt?
Wie kann man das dann doch beobachten (Veränderungen in der Form des SL)?
Das Schlüsselwort ist „betrachtet“. Die Wellenlängen verschieben sich am Ereignishorizont dermaßen, dass nicht mehr zu sehen ist.
@Venerys
So wie ich’s verstanden habe wird im Wesentlichen für Außenstehende das Bild von dem eingefroren, was den Ereignishorizont errreicht, weil die Lichtwellenlänge des Lichts, das sie von dem Ding noch erreicht, unendlich wird. Damit verblasst das Ding am Ereignishorizont in zunehmender Rotverschiebung, bis es unsichtbar ist. Sowohl aus der Sicht des Schwarzen Lochs als auch aus der Sicht des betreffenden Dinges geht es hingegen sehr schnell.
Tatsächlich hat das Ding seinen eigenen Ereignishorizont, wenn es sich auf das Schwarze Loch zubewegt. Es würde an der Stelle des Ereignishorizonts eines weit entfernten, ruhenden Beobachters nichts besonderes bemerken, sondern den eigenen Ereignishorizont aus seiner Sicht immer vor sich haben, bis es zerquetscht wird.
Schwarze Löcher sind meist nicht sehr groß, stellare nur ein paar Kilometer, und man fiele mit fast Lichtgeschwindigkeit darauf zu. Insofern dauert das Hineinfallen nach eigener Uhr nur Sekundenbruchteile. Supermassive Schwarze Löcher mit vielen Millionen Sonnenmassen sind auch mal einen Bruchteil einer Astronomischen Einheit (Entfernung Erde Sonne) oder gar mehrere AE groß, dann kann es sich um Minuten handeln. Wobei einem bewegten Beobachter die Strecke verkürzt erscheint.
„Ein “Ausklingeln” (ringdown) des hantelförmigen Schwarzen Lochs, das zunächst entstand, während es runder wurde, hat man noch sehen können.“
-> und wie kann man sowas beobachten? Nur über den Gravitationslinseneffekt?
@Venerys:
Gravitationslinsen sind was anderes; es sind optische Effekte der ART, welche über sehr lange Zeiträume beobachtet werden können.
„Beobachtet“ (oder eher „erhört“ 😉 ) bzw. innerhalb von Sekundenbruchteilen detektiert werden hier winzige, sich wellenförmig ausbreitende Dehnungen und Stauchungen des Raumes selbst.
Am Besten liest Du Dir diverse Veröffentlichungen rund um Gravitationswellendetektion durch.
@Krypto:
Ja, das ist mir klar, ich kenne den Unterschied. Aber was ich nicht verstehe ist, wie kann man beobachten, dass etwas in ein Schwarzes Loch stürzt oder dass zwei Schwarze Löcher verschmelzen, wenn die Zeitdilatation verhindert, das zu beobachten?!
Wie geht das?
Wenn ich es sehen könnte, würde für das Objekt aus meiner Sicht die Zeit nicht stillstehen bzw natürlich unendlich langsam ablaufen…
@Venerys:
Hast du die letzten Beiträge nicht gelesen? Außerhalb des Ereignishorizonts steht die Zeit nicht still – es sieht nur so aus.
@Captain E.:
Natürlich habe ich die Beiträge gelesen. Ich stelle nichts in Frage, was außerhalb des EH stattfindet.
Aber: die Verschmelzung findet schließlich innerhalb der Ereignishorizonte statt, völlig egal, ob zwei SL zusammenstoßen oder etwas in ein SL hineinstürzt.
Wenn ich aber doch nichts beim Überschreiten des EH beobachten kann, können Schwarze Löcher nicht beim Verschmelzen beobachtet werden, oder?!
Tut mir leid, wenn ich mich so missverständlich ausdrücke.
Ich schätze, deine Annahme, die Verschmelzung würde ausschließlich innerhalb der Schwarzen Löcher stattfinden, ist so nicht ganz haltbar.
Unabhängig davon, dass tatsächlich alles seinen „normalen Gang“ gehen mag, ist für den Beobachter dieses Ereignisses irgendwann Schluss mit Informationen über das Ereignis.
Und zwar dann, wenn der Beobachter nur noch ein Standbild sieht, als ob jemand dauerhaft und für immer und ewig den Pause-Knopf gedrückt hat.
Der Beobachter wird ergo niemals sehen, wie es weiter geht, nicht heut, nicht morgen und in 1000 Jahren auch nicht.
Das ist doch so, oder?
@Venerys
Schau‘ mal hier, gleiche Frage, ähnliche Antwort, etwas ausführlicher.
https://physics.stackexchange.com/questions/26478/can-black-holes-actually-merge
Es dauert zwar theoretisch unendlich lange, bis der außenstehende Beobachter die vollständig verschmolzene perfekte Kugelform des Ereignishorizonts wahrnehmen würde, aber in der Praxis kann er schon nach kurzer Zeit keinen wahrnehmbaren Unterschied mehr feststellen. Und alles, was man sieht, passiert außerhalb des Ereignishorizonts.
@Venerys
Ein sichtbares Standbild würde da voraussetzen, dass von dort ständig Lichtwellen ausgingen, die man sehen könnte. Stattdessen nimmt der Abstand der ausgesendeten Lichtwellen immer mehr zu, das Objekt wird immer röter und lichtschwächer. Irgendwann ist es dann von Schwarz nicht mehr unterscheidbar und unsichtbar. Bei diskreten Wellen kommt auch irgendwann mal die letzte bzw. gehen die davor schon im Bildrauschen des Empfängers unter. Man sieht das Bild verblassen, nicht einfrieren.
Danke, Alderamin!
Stimmt. Irgendwann ist dann dunkel.
Mein Gedankengang war, ob man das Ereignis durch Gravitationslinseneffekte indirekt beobachten kann, die ja quasi „außenherum“ stattfinden oder hab ich da ’nen Denkfehler?
Dass man schon nach kurzer Zeit keinen wahrnehmbaren Unterschied mehr feststellen kann, liegt das wirklich an der „offiziellen“ Verschmelzung oder daran, dass sich die zwei SL mit starker Beschleunigung umkreisen, noch bevor sie tatsächlich verschmelzen?
@Venerys
Man kann Verzerrungen von Objekten sehen, die hinter dem SL liegen, sozusagen den „Schatten“ des Schwarzen Lochs vor dem Hintergrund. Das Licht von diesen Objekten kann aber nicht beliebig nahe am Ereignishorizont vorbei laufen, sonst erreichte es den Betrachter nicht, sondern würde zu stark zur Seite abgelenkt (es gibt sogar einen Radius, da tritt das Licht in eine Umlaufbahn ein, und weiter innen spiralt es ins Schwarze Loch und erreicht den Betrachter sicher nicht mehr). Man sieht also auf diese Weise nicht bis wirklich ganz bis zum Ereignishorizont. So würde ich es es mir erklären.
Liegt wohl daran, dass bei demjenigen Radius, den man noch als „Schatten“ wahrnimmt, die Zeitdilatation nicht goß genug ist, als dass sie die an sich kurzweilige Verschmelzung auf einen hinreichend langen Zeitraum ausdehnen würde. Denke ich mal.
@Venerys#41 und 48:
Jetzt vielleicht. 😉
Aber noch nicht ganz:
Gravitationslinseneffekte sind Langzeit-Ereignisse; dafür müssen selbst die größten Teleskope Minuten bis Stunden und Tagen belichten.
Verschmelzungen von SL mit signifikanter GW-Abstrahlung spielen sich hingegen in Sekundenbruchteilen ab.
@Captain E.#44:
Wenn ich Dich richtig verstehe, schätzt Du falsch 😉
Die Verschmelzung findet ausschließlich hinter´m Ereignishorizont statt. Die ART lässt keinen Mechanismus zu, bei dem irgendein Teil der beiden SL auch nur ansatzweise außerhalb eines EH verschmilzt.
Jetzt bitte kein „Ja, aaaaber was ist mit der Hawking-Strahlung?“ 😉 Die lassen wir mal außen vor 😉
Ich weiß gar nicht, wie er dazu kommt, dass ich das annehmen würde, hatte ich so auch nie geschrieben.
Der Ereignishorizont ist keine greifbare Grenze in Form einer Membran oder sowas, es ist v.a. eine rechnerische Grenze, bis wohin der Raum um ein Objekt gekrümmt wird. Da der (metaphorisch) „greifbare“ Teil des SL innerhalb des EH liegt, treffen unweigerlich immer zunächst die Ereignishorizonte aufeinander, bevor die eigentlichen Massen der SL sich berühren.
Wenn man zwei dicke Bleikugeln auf ein dünnes Trampolin legt, sinken sie tief ein. Dort wo das flache Trampolin in die Krümmung/den Paraboloid übergeht, befindet sich der EH. Rollt man nun die zwei Bleikugeln vorsichtig auf dem Trampolin aufeinander zu, treffen erst die gekrümmten Trampolinbereiche aufeinander, bevor die Bleikugeln sich treffen.
@Krypto:
Dann hast du mich leider nicht verstanden. Dass da womöglich eine oder beide dieser „Raumzeitblasen“ aufreißen und ihren Inhalt in den normalen Raum ausschütten könnten, ist zwar eine amüsante Vorstellung, dürfte aber mit der Realität nichts zu tun haben. Was ich gemeint hatte, war das Äußere, also etwa das Verhalten normaler Materie in der Nähe der Schwarzen Löcher. Oder auch die faszinierende Tatsache, dass beim ersten nachgewiesenen Gravitationswellenereignis 2 Schwarze Löcher mit einer Gesamtmasse von 65 Sonnen wie der unsrigen verschmelzen und ungefähr drei Sonnenmassen als Gravitationsenergie abgestrahlt werden können. Nur mal zur Erinnerung: Das sind etwa 4,5 % der ursprüngliche Masse! Diese Energie kann niemals im Inneren gewesen sein, denn sonst hätte sie ja nicht freiwerden können, und mit Sicherheit stecken von den verbliebenen 62 Sonnenmassen auch noch einige außerhalb des eigentlichen Schwarzen Lochs und könnten bei zukünftigen Verschmelzung abgestrahlt werden.