Frage von hamit744, 97

Warum befindet sich im Zentrum jeder Galaxie ein schwarzes Loch?

Frage steht schon .

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von pflanzengott, 97

Hallo hamit744,

seit es Astronomen möglich ist, anhand neuer technischer Verfahren die Dynamik und Natur der Galaxien zu erforschen, wurden auf diesem Gebiet der Astrophysik einige sehr interessante Funde gemacht. Zweifelsfrei zählt dabei die Beobachtung, dass auch unserer Heimatgalaxie Teil einer noch größeren Gruppe von Galaxien ist, mit zu den wichtigsten Erkenntnissen aus den letzten Jahrzehnten.

In aller Regel gibt es aber noch eine ganze Palette weiterer übereinstimmender Merkmale. Unter anderem wird durch Beobachtungen die Hypothese gestützt, dass sich im Kerngebiet nahezu jeder Galaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch befindet. Zwar ist es mitunter schwer, über mehrere Millionen Lichtjahre hinweg ein Gebiet zu untersuchen, dass nur wenige Lichtjahre groß ist, allerdings wurden bereits mit einer ganzen Anzahl von Galaxien derartige Untersuchungen durchgeführt.

Schwarze Löcher, lassen sich derweil nur indirekt nachweisen, da sie wie sicher bekannt, jegliches Licht von ihnen "fernhalten". Geschlossen wird auf Schwarze Löcher, durch die Tatsache, dass deren starkes Gravitationsfeld großen Einfluss auf die unmittelbare Umgebung hat. Oft werden Objekte aus unerklärlichen Gründen auf sehr hohe Beschleunigungen gebracht. Nahezu immer ist eine solche Beobachtung dann, die Verurteilung zu einem kompakten Objekt. Wie kommen Astronomen darauf, dass sich ein Schwarzes Loch im Zentrum der meisten Galaxien aufhält?

Ausgangspunkt war die Beobachtung der Radio- und Röntgenquelle Sgr A*. Als man in verschiedenen Wellenlängenbereichen das Zentrum unserer Galaxie beobachtete, entdeckte man mehrere Dutzend Sterne die auf sehr elliptischen Bahnen mit sehr hohen Bahngeschwindigkeiten "vor sich hin kreisten". S2 ist ein Vertreter dieser Gruppe. Schnell konnte man anhand der vermessenen Bewegungen auf die im Kern versammelte Masse schließen. Das Ergebnis: 4,3 Mio. Sonnenmassen.

Aufgrund der Tatsache, dass der Kernbereich der Milchstraße aber selber unsichtbar war und man anhand quasiperiodischer Oszillationen in der Lichtkurve, typische Charakteristika für Schwarze Löcher beobachtete, verurteilte man Sgr A* sehr schnell zum supermassereichen Schwarzen Loch im Kern der Milchstraße. Die sich ergebende Frage: Ist das auch in anderen Galaxien so, und wenn ja, wieso?

Ohne auf die Details einzugehen, wurde schnell klar: Es muss so sein. Auf die Kernmasse der Galaxie meines Profilbildes (NGC 4258) schlossen Astronomen sehr präzise mithilfe sogenannter Maser-Strahlung. Das Schwarze Loch der Galaxie RXJ 1242-11 zerriss für uns sichtbar vor einigen Jahrzehnten einen Stern. Die Folge --> Sehr hohe Röntgenaktivität über mehrere Jahre hinweg. All das, ist ohne Schwarze Löcher nicht zu erklären. Sie müssen einfach da sitzen. Nur wie, sind sie entstanden?

Und hier scheiden sich die Geister ;D Mehrere Modelle wurden bereits entwickelt. Den galaktischen Zustand als das Resultat, legte die Natur schon für uns fest. Wir müssen ein sehr massereiches Schwarzes Loch erzeugen, dass sich im Zentrum der Galaxie befindet. Die Vorstellung, es könne sich bei diesen Objekten um stellare Schwarze Löcher handeln, wurde anlässlich ihrer viel zu großen Masse in windeseile fallen gelassen.

Die bisher bestmögliche Erklärung, die von der Mehrheit der Astronomen aktzeptiert wird ist die folgende: Als Galaxien vor Jahrmilliarden entstanden, fiel sichtbare Materie in Form von Gas und Staub in Schwerkraftgebiete hinein, die die Dunkle Materie geformt hatte. Diese Schwerkraftgebiete hat man sich im Allgemeinen wie eine Mulde vorzustellen, also ein tiefes Potenzial, dass im Zentrum infinitesimal ist. 

Die Materie fiel in diese Gebiete ein, Gas wurde komprimiert. Unmittelbar nach der Entstehung erster Spiralarme gibt es einzelnen in ihnen auftretende lokale Instabilitäten. Das führt zur erstmaligen Sternentstehung. Wo aber, werden in sehr kurzer Zeit, sehr viele und auch massereiche Sterne entstehen können, wenn wir bildhaft in unserem Potenzialmodell verharren? Selbstverständlich da, wo das Gravitationspotenzial am tiefsten ist: Im Zentrum. Im Zentrum dieser Gaswolke bildeten sich die ersten Sterne, die sich schnell zu stellaren Schwarzen Löchern oder Neutronensternen entwickelten! Aufgrund der sehr hohen Dichte in diesem Gebiet, kam es aufgrund der Abstrahlung sogenannter Gravitationswellen wohl häufig zu Verschmelzungen einzelner Schwarzer Löcher. So ist ein systematisches Anwachsen mehrerer Einzellöcher bis zu einem großen supermassereichen Schwarzen Loch sehr wahrscheinlich.

Es hatte also wahrscheinlich etwas mit der Entstehung der Galaxien und dem Tod der ersten Sterne im Zentrum zu tun. Diese Hypothese wird durch Beobachtungen in Sgr A* gestützt, wo die Anzahl fluktuierender Röntgenquellen überdurchschnittlich groß ist. Viele dort zu beobachtende Prozesse, erfordern genau die Objekte (Neutronensterne, Schwarze Löcher), die die Hypothese oben vorhersagt. Eine endgültige Antwort steht nach wie vor aus!

Lg Nikolai ;)

Kommentar von Astroknoedel ,

Hallo,

schön gesagt alles, doch eine Stelle hat mich nicht mehr losgelassen.

Inwiefern sollten denn Gravitationswellen für die Verschmelzung mehrerer Schwarzer Löcher verantwortlich sein, das habe ich so noch nie gehört.

Meines Wissens nach resultieren Gravitationswellen direkt aus der Allgemeinen Relativitätstheorie, die die Verbreitung von Wellen in der Raumzeit bei diskontinuierlichen Bewegungen vorsieht, wie beim Elektromagnetismus, auf die diese Annahme basiert, die Gravitationswellen sind allerdings sehr schwach.

Wenn Schwarze Löcher direkt miteinander wechselwirken, dann können sie sich umkreisen oder veschmelzen. Wie sollen Gravitationswellen jetzt da ins Konzept passen ?

LG, Astroknoedel 

Kommentar von pflanzengott ,

Hallo Astroknoedel,

in Einsteins mathematischer Arbeit ,,Über Gravitationswellen" ist ersichtlich, dass jedes beschleunigte Objekt Gravitationswellen einer bestimmten Amplitude abstrahlt, deren Qualität mit der Quadropolformel beschrieben wird. Die Einsteinschen Feldgleichungen geometrisieren die Raumzeit mit nur einem einzigen Tensor. Inwiefern Skalare dabei eine Rolle spielen ist bis heute nicht ganz geklärt, zumindest aber sind einige alternative Skalartheorien in Sichtweite.

Schwarze Löcher stehen unter dem Einfluss ihrer gegenseitigen Schwerkraft also erfahren alle in den beteiligten Gravitationsfeldern auch entsprechende Beschleunigungen die schließlich zur Abstrahlung führen. Besonders interessant, ist das Verfolgen dieser Gravitationswellen im Binärsystem J0806, da sie wie in jedem anderen beteiligten System auch Bewegungsenergie aus dem System abführen und sich infolge dessen die Umlaufbahnen der Komponenten verkleinern. So wie wir es da heute beobachten können, ist es im galaktischen Zentrum wohl massenweise passiert.

https://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd...,d.bGg

Lg Nikolai

Kommentar von Astroknoedel ,

Ja, aber du hast in deiner Antwort gesagt, dass sich Schwarze Löcher eben deswegen anziehen würden, was so meines Wissens nach nicht stimmt.

P.S.  Ich habe eine Frage zur mathematischen Beschreibung von Einstein-Rosen-Brücken  in Bezug auf Riemann-Mannigfaltigkeiten reingestellt, könntest du bitte darauf antworten (tut sonst nämlich keiner) ?

https://www.gutefrage.net/frage/kruskal-loesungen-der-einsteinschen-feldgleichun...

LG, Astroknoedel

Kommentar von pflanzengott ,

Hi,

nein das hat mit "Anziehen" im Sinne von Gravitationskräften nicht wirklich was zu tun. Vielmehr ist es aber so, dass sich viele damalige stellare Objekte im Einfluss ihres Gravitationsfeldes beschleunigt haben. Das führte zur Abstrahlung der Gravitationswellen und damit auch zu einer Verringerung der jeweiligen Tangentialgeschwindigkeit.

Was deine Frage betrifft, müsste ich mir wohl etwas mehr Zeit nehmen. Ich weiss auch nicht ob ich es besser könnte als die englische Wiki, die dir von Weckmannu angedreht wurde. Mal gucken...

Lg Nikolai

Kommentar von pflanzengott ,

Danke für den Stern

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 84

Es ist ja noch gar nicht lange her, dass überhaupt ein supermassives Schwarzes Loch im Zentrum unserer Galaxie nachgewiesen werden konnte.

Daher ist deine Frage noch mitten in der Bearbeitung und es gibt auch schon Modelle und Theorien, die eine Erklärung versuchen. Es wird aber wohl noch etwas dauern, bis gesicherte Erkenntnisse vorliegen.

Antwort
von LittleYeti, 60

Mann muss das anders herrum sehen.
In Galaxien bilden sich keine Schwarzen Löcher,
Um ein schwarzes Loch bilden sich Galaxien.

Schwarze Löcher sind das Massereicheste im Universum da sie quasi unendlich dicht sind.

Ein SL mit der Masse unserer Erde hätte die größe einer Erbse, du kannst dir also vorstellen wie viel Masse ein Schwarzes Loch das größer als die Sonne ist hat...

Masse zieht Masse an. Deswegen kreist der Mond um die Erde, die Erde um die Sonne, und die Sonne zusammen mit anderen Sternen um das Schwarze Loch im inneren der Milchstraße.

Ich hoffe das hilft weiter, MFG Yeti

Kommentar von grtgrt ,

Dass sich Materie im All überhaupt zusammenklumpt -- dass sich also Gaswolken bildeten und die unter dem Einfluss der Schwerkraft dann weiter zu Sternen, Galaxien und Schwarzen Löchern zusammengepresst werden können -- ist wohl der Tatsache geschuldet, dass es von Angang an -- der ja überall präsenten Quantenfluktuation wegen -- zu Dichteunterschieden kam und die sich während der Inflationsphase ins Makroskopische hinein ausgedehnt und vergrößert haben.

Wie Dichte und Temperatur ca. 380.000 Jahre nach dem Urknall ortsabhängig unterschiedlich stark bzw. hoch waren, lässt sich ablesen aus dem Bild der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, das moderne Forschungssatelliten uns zeichnen ( zuletzt der ESA-Satellit Planck: https://www.mpg.de/8944821/planck-sterngeburt ).

Da mit lokal steigender Dichte von Energie und Materie die von diesem Ort ausgehende Gravitationskraft größer wird, erscheint es tatsächlich ganz natürlich, dass um Schwarze Löcher herum Galaxien entstehen und deren Materie, wenn sie dem Loch zu nahe kommt, eben dieses Loch vergrößert.

In viel kleineren Format gilt Ähnliches auch für jeden Stern: Er entsteht als Zusammenballung von Gas, wird infolge seiner eigenen Schwerkraft immer kompakter und endet schließlich als kleine Kugel aus Eisen oder als Supernova, d.h. als etwas, das derart heiß geworden ist, dass es explodiert.

Ich frage mich manchmal, ob nicht auch Schwarze Löcher, denen lange genug Zeit gegeben wurde, immer kompakter und heißer zu werden, in einer Art Explosion enden können, die dann ein neues Universum schafft (und aus Sicht seiner später dort entstandenen Bewohner als Urknall begriffen werden wird).

Antwort
von implying, 68

am anfang war da nur eine gaswolke, die sich mehr und mehr verdichtet hat. und da wos am dichtesten war bildete sich ein stern, der wuchs, und irgendwann unter seiner eigenen schwerkraft zusammenfiel. so entstand das schwarze loch. durch den restlichen nebel drum herum konnte es weiter wachsen und materie anziehen. so entstand die galaxie drum herum.

Antwort
von weckmannu, 42

Frage ist falsch. Bei kleineren Galaxien gibt es kein schwarzes Loch. Ein schwarzes Loch gibt es dann, wenn die zentrale Sonne wegen der Masseansammlung im Zentrum die Grenzen zur Bildung eines schwarzen Lochs über schreitet: ca.3 Sonnenmassen, bei Rotation noch mehr.

Antwort
von DepravedGirl, 47
Antwort
von Bleihorn, 64

Weil da die Dichte am höchsten war - und jetzt wieder ist. Am Anfang war dort eine Riesensonne, dann ist die irgendwann in sich zusammen gefallen und hat ein Schwarzes Loch verursacht.

Antwort
von AlphaundOmega, 38

Das ist nur teilweise richtig,...

Man geht zwar davon aus , aber es gibt mehr schwarze Löcher als Sterne ...

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