Unterschied zwischen aktiven- und passiven schwarzen Löchern

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3 Antworten

Hallo SEAL62!

Schwarze Löcher gehören bekanntlich mit zu den faszinierendsten Objekten des Universums. Ihre Physik und eigentliche Natur beschäftigt Physiker nun seit mehreren Jahrzehnten. Während dieser Zeit, hat man in der Astrophysik eine Erkenntnis gewonnen, die eine naturwissenschaftlich vollständig ausgeprägte Beschreibung dieser Objekte, schlichtweg verbietet!

Schwarze Löcher definieren sich durch ihre Fluchtgeschwindigkeit, deren Faktor den Wert der Lichtgeschwindigkeit von 300 000 Km/s übertrifft. Das bedeutet mit anderen Worten, dass ein Körper innerhalb des Schwarzen Lochs schneller als das Licht sein muss, um aus dem Gravitationsfeld zu entweichen. Schwarze Löcher stellen also in jeder Hinsicht völlig dunkle Objekte dar und geben vor allem keine Information mehr über sich Preis. Aus einem Schwarzen Loch kommt nichts mehr heraus!

Wie aber, gelingt es Astronomen dann Schwarze Löcher zu entdecken?

Es ist unschwer zu erraten, dass es hierbei auf indirekte Verfahren hinausläuft und nicht auf die visuelle Beobachtung mit sehr starken Teleskopen. Man macht sich in derartigen Verfahren vor allem die enorme Gravitationskraft des Lochs zu Nutze. Im Wesentlichen gibt es drei Verfahren die bei der Aufspürung eines Schwarzen Lochs helfen können:

  • Optischer Nachweis durch den von der ART vorhergesagten ,,Gravitationslinseneffekt"
  • Beobachtung von gravitativ stark beeinflussten Objekten aufgrund der enormen Gravitationskraft (zb. bei Röntgendoppelsternen)
  • Ausbildung einer Akkretionsscheibe mit einheitlichem Strahlungsprofil

Schwarze Löcher werden also vor allem dann nachgewiesen, wenn man sich gravitativ beobachtete Phänomene zb. die Bewegung von Sternen nicht anders erklären kann. Der Gravitationslinseneffekt beruht auf einer Ablenkung des Lichts durch schwere Massen, und wurde von Einsteins Relativitätstheorie das erste mal vorhergesagt und dabei mathematisch beschrieben. Letzterer Effekt ist der, nach dem du gerade fragst. Die Ausbildung einer Akkretionsscheibe um ein Schwarzes Loch herum!

Eine Akkretionsscheibe weist eine Reihe charakteristischer Merkmale auf, die man hinsichtlich ihrer Eigenschaften sehr genau untersuchen kann. Stellen wir uns dafür ein stellares Schwarzes Loch von 20 Sonnenmassen vor. Es existiert zunächst isoliert im All und kann bisher nur sehr schwer nachgewiesen werden.

Doch in weiter Ferne erscheint ein großräumig ausgedehntes Gasfilament, dass von der Schwerkraft des Schwarzen Lochs langsam aber sicher angezogen wird. Mit kleiner werdender Entfernung zum Loch, wird die Gasstruktur gravitativ beschleunigt und heiß! Sie besitzt einen Drehimpuls, der ihr vor langer Zeit durch die Kollision mit anderen Körpern zugeführt wurde.

Das Gas kommt dem Loch immer näher und näher. Was wird nun passieren? Abhängig von der Rotation des Lochs wird das Gas entweder sehr nahe bis an das Loch herangeführt oder in relativ weitem Abstand verbleiben. Was passiert? Man würde denken, das Gas falle in das Loch hinein doch das ist nicht der Fall!

Grund dafür ist der Drehimpulserhaltungssatz der in jedem abgeschlossenen physikalischen System seine Gültigkeit besitzt. Das Gas besitzt also Drehimpuls und kann deswegen noch nicht direkt in das Loch hineinfallen. Es bildet sich stattdessen eine sogenannte Akkretionsscheibe um das Loch herum aus, und genau dort liegt der Hund begraben!

Stell dir also ein Schwarzes Loch in Form eines Zentrums, mit umgebender Scheibenstruktur vor. Was wird passieren? Das Gas wird von der Gravitationskraft des Lochs beeinflusst, genauer in diesem Fall beschleunigt. Das resultiert in einer keplerschen Rotation und diese beschreibt ein nach außen hin abfallendes Geschwindigkeitsgesetz. Es liegt mit anderen Worten differenzielle Rotation vor, die zur Reibung in der Akkretionsscheibe führt. Diese Form von Reibung erfolgt zumeist auf einer niedrigen Stufe der Viskosität.

Die einsetzenden Reibungsprozesse verursachen einen Abbau des Drehimpulses und führen gleichzeitig zur Emission von hochenergetischer Röntgenstrahlung. Und die Röntgenstrahlung dieser Akkretionsscheibe, kann von Teleskopen im All erfasst werden und legt damit Hinweise auf die Existenz eines Schwarzen Lochs nahe, sofern andere Ursachen ausgeschlossen werden können. Hierbei setzt sich das Strahlungsprofil einer Akkretionsscheibe aus unterschiedlichen Ringen zusammen, deren Funktionen alleine von Dichte, Rotationsgeschwindigkeit und Viskosität abhängig sind.

Dieser Prozess vollzieht sich natürlich nur, wenn Gas vorhanden ist, dass sich in Form einer Akkretionsscheibe ausrichten kann. Ist kein Gas da, dann gibt es auch keine Akkretionsscheibe und die anderen Verfahren müssen zum Nachweis herangezogen werden. Das ist ein sehr einfaches Modell der Akkretion. Passive und aktive Schwarze Löcher unterscheiden sich also nur in ihren zeitlichen Akkretionsraten, welche wiederum eine Funktion der Masse des Lochs und des zur Verfügung stehenden Gasinhalts ist.

LG Pflanzengott! :)

Das bedeutet mit anderen Worten, dass ein Körper innerhalb des Schwarzen Lochs schneller als das Licht sein muss, um aus dem Gravitationsfeld zu entweichen.

Mir scheint zwar klar zu sein, daß Du auf die Kosmischen Geschwindigkeiten eingehst, nur so steht es da nicht. Wäre ich ein Laie, würde ich Dich falsch verstehen.

am Beispiel Erde:

  1. Kosmische Geschwindigkeit: 07,91 km/s

  2. Kosmische Geschwindigkeit: 11.20 km/s

Jedoch kann man eine Rakete auf der Erde ganz langsam in den Himmel steigen lassen, bis sie irgendwann die Fracht im Schritttempo mit 0,001 km/s zum Mond gebracht hat. Auf Höhe des Mondes noch schell auf selbigen aufgesprungen, würden wir mit nur 01,02 km/s um die Erde kreisen.

Nun würde ich Dich als Laie fragen:

Wann und wo waren wir 8 bis 11 km/s schnell?

Als besonders nerviger Laie würde ich dies auf ein Schwarzes Loch übertragen.

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Das Passive SW zieht noch Materie an aber nicht mehr soviel. Es besitzt noch eine Anziehungskraft von ca.50 Sonnenmassen. Warum dies zustande kommt ist nocht nicht geklärt.

Nunja, wo nichts ist, kann auch nichts angezogen werden. Passive Schwarze Löcher unterscheiden sich von aktiven Schwarzen Löchern nur dahingehend, dass in ihrer unmittelbaren Umgebung keine Materie ist, die in sie hineinfallen könnte. Sobald Materie in die Nähe eines passiven Schwarzen Loches gerät, wird es eben wieder aktiv.

Natürlich bleibt die Gravitation immer aktiv, dies heißt jedoch nicht, dass Materie auf das Schwarze Loch zufällt. Sie kann auch in eine Umlaufbahn darum einschlagen. Da die Gravitation mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt, sind Schwarze Löcher in großer Entfernung ganz gewöhnliche Schwerkraftobjekte, die sich diesbezüglich nicht von anderen Körpern unterscheiden.

Folglich steht dem schwarzen Loch kein unbegrenzter Nachschub an Materie zur Verfügung und es geht zeitweise in eine Ruhephase, bis irgendwann erneut Materie in seine Nähe gelangt.

MfG Gim

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