Kann Mathematik voraussagen,wann und wie ein schwarzes Loch im Universum entsteht?

7 Antworten

Schwarze Löcher unterscheiden sich und zwar durch ihre Masse. Da gibt es einmal die stellaren SL, die ich hier mal als Standard-SL bezeichne, weil sie die häufigsten sind und weil deren Entstehungsprozeß klar ist. Deren Masse liegt mindestens etwas oberhalb 3 Solmassen.

Ab etwa 1000 Solmassen werden SL als mittelschwer und ab etwa 100.000 als supermassiv bezeichnet. Man hat eine Reihe SL mit mehreren Milliarden Solmassen gefunden, die ultramassiv genannt werden.

Theoretisch können alles diese SL aus Standard-SL hervorgehen - sofern sie genügend Zeit haben können sie alle Masse akkreditiert, bzw. durch Verschmelzung mit anderen SL gewonnen haben.

Auf den mit 4 Mio.Solmassen etwas mickrigen "Boß der Milchstraße", Sagittarius A* trifft das zu - Sgr-A* hatte 11 bis 12 Mrd. Jahre Zeit.

Ein ganz anderer Fall sind aber die ultramassiven SL, speziell die Objekte mit deutlich über 10 Mrd. Solmassen. Z.B. ist TON 618 über 11 Mrd. LJ von uns entfernt, also maximal 1.8 Mrd. Jahre als, hat aber eine Masse von etwa 66 Mrd. Solmassen. Durch Akkretion kann es diese Masse nicht gesammelt haben und durch Verschmelzungen nur einen Teil. Es sei denn, daß es von vornherein ziemlich groß "geboren" wurde. Dazu gibt es verschiedene Modelle, wie der direkte Kollaps massereicher Gaswolken zu SL, oder große primordale SL, die in der "dicken Ursuppe" womöglich kräftig zulegen konnten!?

Die "Geburtsmasse" ultramassiver und auch vieler supermassiver SL ist bisher ungeklärt.

Eine weitere Klasse wären die bereits erwähnten, primordalen SL, die man bis maximal Mondmasse schätzt. Statistische Ausreißer können natürlich auch für einige schwerere gesorgt haben und vielleicht waren sich auch mehrere so nahe, daß sie schnell verschmolzen sind?

Steven Hawking hat auf primordale SL gesetzt, um die Hawking-Strahlung nachzuweisen. Einige müßten dadurch nämlich etwa jetzt soviel Masse verloren haben, daß sie zu heißen (Gamma-)Strahlern werden und schließlich verdampfen (eruptiv explodieren). Bisher wurden solche SL aber nicht gefunden.

Der Entstehungsprozeß stellarer SL, die ich oben als Standard-SL bezeichnet habe, ist aber weitgehend geklärt:

  • ein Sternenrest, der leichter als die Chandrasekhar-Grenze bleibt, wird zum Weißen Zwerg.
  • überschreitet er diese Grenze, dann kollabiert er zum Neutronenstern.
  • überschreitet er die nächste Grenze, die Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze (TOV), dann kollabiert der N-Stern zum Schwarzen Loch.

Die TOV ist nicht eindeutig geklärt. Geschätzt wird sie zwischen 1.5 und 3.2 Solmassen, wobei die untere Grenze bestenfalls für Spezialfälle gilt, denn es wurden bereits N-Sterne mit >2 Solmassen gefunden.

Die obere Grenze ist ebenfalls unklar, denn die Rotation des N-Sterns spielt auch eine Rolle, weil diese der Schwerkraft entgegen wirkt. Außerdem gibt es eine weitere Besonderheit, nämlich ein Quark-Gluon-Plasma. Das kann man sich so vorstellen, daß die Neutronen zerstört wurden und freie Quarks existieren und die können noch etwas stärker komprimiert werden als Neutronen.

Quarksterne wurden bisher nicht beobachtet, aber es ist möglich, daß der Kern besonders schwerer N-Sterne aus einem QG-Plasma besteht.

Ein SL ist aber eindeutig entstanden, wenn der Ereignishorizont (Ehz) jenes Objektes außerhalb selbigem liegt (bei spätestens 3.2 Solmassen). Dabei spielt es keine Rolle, ob dort womöglich noch ein Objekt existiert, das komplett aus maximal komprimierten Quarks besteht. Das wäre zwar nicht quasi-singulär, aber die Bezeichnung "Schwarzes Loch" bezieht sich keineswegs auf den Kern, sondern auf den Ehz. Aber selbst wenn hinter dem Ehz noch ein Quark-Objekt existieren sollte, so wäre dessen Leben ein kurzes, denn mit wenig zusätzlich akkreditierter Masse wird es zu schwer und kollabiert zu einer Quasi-Singularität.

"Quasi" deshalb, weil es Singularitäten nur in der Mathematik gibt, aber nicht im realen Universum.

Die Mathematik darf nicht als eine Art Vorlage für das Universum verstanden werden. Mathematik ist die Sprache der Physik und das wichtigste Werkzeug, um ein Modell der Natur zu erstellen. Und Modelle sind nur eine möglichst gute Näherung, aber nicht die Natur selbst.

Möglich, daß es mathematisch möglich ist, auch das letzte Geheimnis des Universums und sogar völlig korrekt darzustellen, aber wir kennen solche Modelle nicht. Letztlich kratzen wir erst an der äußersten Schicht der Zwiebel.

https://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzes_Loch#Klasseneinteilung

https://de.wikipedia.org/wiki/Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze

Wenn du dich mit der Metrik von SL befassen möchtest:

https://de.wikipedia.org/wiki/Kruskal-Szekeres-Koordinaten

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Zwiebel, mir brennen die Augen wenn ich hier deine Abhandlungen lese?

Den meisten Usern ist eine DIN-Seite schon zu lang.

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Danke für die aufschlussreiche Zsammenstellung.Du hast mich wieder erinnern lassen,dass auch die komplizierten Molkülorbitalmodelle von Molekülen eben nur Modelle sind und nicht die Natur selbst sind.Selbst wenn man bei den Lösungen der Diffentialgleichungen sehr spät abbricht,wird es immer eine Näherung bleiben.

Leider spuken die Computer einen Haufen Zahlen aus.In der Gesamtheit der Zahlen der berechneten Elektonenniveaus sieht man,dass manche Zahl völlig daneben liegt,was wiederum heißt,dass das verwendete Modell eben doch nicht ganz stimmig ist und die Natur nicht korrekt abbildet.

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@soleil24

Computermodelle sind wichtig, aber wie du selbst sagst, sie arbeiten nur mit dem vorhandenen Modell und auch nur dann korrekt, wenn das Modell innerhalb seiner Definitionsgrenzen angewendet wird.

Schönen Abend

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@soleil24

Ganz vergessen, also noch ein Nachtrag:

Die theoretische Spanne von 1.5 bis 3.2 Solmassen für die TOV ist natürlich alles andere als berauschend. Mir scheint, daß das von der Metrik abhängt. Bei einem statischen SL kannst du den Ehz nach der Schwarzschild-Metrik berechnen, bei einem rotierenden nach der Kerr-Metrik und wenn es auch noch geladen ist, wird das Problem noch komplexer (Kerr-Newman-Metrik).

Statische SL kommen in der Realität offenbar nicht vor. Bleiben die Varianten mit Kerr-Metrik:

https://de.wikipedia.org/wiki/Ereignishorizont

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Da hast Du ein paar Punkte falsch verstanden.

Erstens wäre es nicht die Mathematik, die etwas derartiges voraussagt, sondern die (Astro-) Physik, wenn auch mit mathematischen Methoden.

Zweitens, warum soll das Weltall durch Schwarze Löcher weniger stabil werden?
Schwarze Löcher wirken nur durch ihre Gravitation. Und etwas außerhalb des Schwarzschild-Radius merkst Du nichts davon, ob diese Gravitation durch ein Schwarzes Loch oder durch eine größer verteilte Massenansammlung verursacht wird.

Ja, der Gedanke ist ganz richtig. Wenn du dir die Raumzeit als Decke vorstellst, dann ist das schwarze Loch wie als hättest du ein Loch darin. Das wird in der Relativitätstheorie mathematisch beschrieben.

Laut Hawking sind schwarze Löcher tatsächlich reversibel, da sie langsam "verdampfen", während die Zeit im schwarzen Loch still steht.

Die Relativitätstheorie widerspricht sich allerdings mit der Quantenmechanik, einer anderen mathematischen Beschreibung der Wirklichkeit.

Es ist also zu erwarten dass beide Theorien noch nicht ganz korrekt sind!

Dafür gibt es die Stringtheorie, oder die Schleifenquantengravitation. Beides sind Erklärungsmodelle (mathematisch korrekte) Die die Relativitätstheorie und die Quantenmechanik quasi auf einen Nenner bringen sollen.

Aber nur weil sich ein Teilchen mit seinen Wechselwirkungen mathematisch beschreiben lässt existiert es noch lange nicht! Man muss das dann experimentell prüfen.

Also eigentlich "weiß" man gar nichts, außer, dass man nichts weiß. Aber man hat Theorien, die soweit recht gut das beschreiben was wir sehen.

Ich habe dir hier so ein paar Schlüsselbegriffe hingeworfen.

Wenn dich das Thema interessiert empfehle ich dir das Buch "die Wirklichkeit die nicht so ist wie sie scheint" von Carlo Rovelli.

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Danke für die Empfehlung des Buches und deine Antwort.Danke für den Hinweis zur Ontologie:Das Teilchen muss existieren also ontisch sein,berechnen kann man Vieles.Mathe finde ich immer toll,aber leicht kann man sich verrennen dabei,wenn die Wirklichkeit plötzlich bei Anderung der Bedingungen,der Größenordnung etc. einer anderen Theorie folgt.Und dummerweise auch diese nur für den weiteren Bereich gültig ist.

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