1 Allgemeines über Schwarze Löcher

In diesem Kapitel wird langsam die Entstehungsgeschichte von Schwarzen Löchern be-schrieben. Angefangen wird hier mit der Definition der Fluchtgeschwindigkeit nach New-ton’s Physik. Diese Überlegungen werden dann mit Hilfe der Allgemeinen Relativitäts-theorie zur gekrümmten Raumzeit erweitert. Schließlich stellt sich die Frage, wie stabilSterne eigentlich sind. Dies führt auf Weiße Zwerge, Supernovae, Neutronensterne, Pul-sare und schließlich auch auf Schwarze Löcher.

1.1 Newton’s Lichtteilchen

Die Fluchtgeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit, die ein Körper braucht um dasGravitationsfeld eines Sterns zu verlassen, wird berechnet aus: [1]

12 ·m · v

2F = G · m ·M

r(1)

v2F = 2GM

r

Mit m als der Masse des Körpers, M als der Masse des Sterns und G als der Gravitati-onskonstante. Besonders sei betont, dass die Fluchtgeschwindigkeit unabhängig von derMasse des Körpers ist.

Der Schwarzschildradius ist der Radius, definiert für vF −→ c [1]:

rS = 2GMc2 (2)

1.2 Die Raumzeit

Aus der Elektrodynamik bewegter Bezugssysteme ist bekannt, dass Energie und Mas-se äquivalent sind. Aus der Gravitationstheorie von Einstein folgt die Äquivalenz vonschwerer und träger Masse. Die schwere Masse begründet sich daraus, dass ein Körper ineinem Gravitationsfeld, zum Beispiel dem der Erde, zu der Erde hin beschleunigt wird.Die träge Masse wiederum entsteht aus der Beschleunigung eines trägen Körpers, wiein Newton’s Gesetzen beschrieben. Die Äquivalenz beider bedeutet, dass alle Körper imfreien Fall gleich schnell fallen. Die Äquivalenz der schweren und trägen Masse ist nichtselbstverständlich, aber in Experimenten sehr genau belegt. Gleichung (3) beschreibt

1

diese Äquivalenz beider Massen. [1]

mt · z̈ = ms · g (3)

Aus der Äquivalenz von schwerer und träger Masse folgt, dass die Gravitation auchEinfluss auf Licht hat. Da die Fluchtgeschwindigkeit vF unabhängig von der Masse desKörpers ist, müssen sich die Bahnen aus der Raumzeit ableiten. Die Raumzeit hängtwiederum von deren Massenverteilung ab. [1]

Beispielsweise kann die Raumzeit durch ein Beispiel in einer Raumkapsel genauer er-läutert werden. Ein Labor in der Raumkapsel kann frei von externen Kräften gehaltenwerden. Das heißt, dass das Gedankenexperiment hier keiner Gravitation unterliegt undsomit in der Schwerelosigkeit stattfindet. Wenn nun ein Detektor ein Licht eines La-sers auffangen soll, muss er exakt in einer geraden Linie mit dem Laser positioniertwerden, da das Licht des Lasers geradeaus geht und von nichts abgelenkt wird. Wirddieses Experiment in einem Bezugssystem auf der Erde wiederholt, muss der Detektorleicht unterhalb des Lasers aufgestellt werden, da das Licht des Lasers leicht nach untengekrümmt wird. Wenn man das Experiment mit Lichtstrahlen durchführt, die sich senk-recht zur Erde ausbreiten, ist der Lichtweg auf der Erde nun kürzer und die Wellenlängedaher verkürzt und die Schwingungszahl erhöht. Dies liegt daran, dass das Licht gleichviele Schwingungen auf kleinerem Weg absolvieren muss. Von einem Bezugssystem derRaumkapsel aus gesehen sind diese Effekte jeweils anders herum. Die Größe dieses Ef-fekts wird durch die folgende Gleichung beschrieben: [1]

∆λλ

= rsr

(4)

Einstein folgerte aus der Äquivalenz von Energie und Masse, dass die Energie und dieMasse die Raumzeit verändern. Hierbei werden die Planetenbahnen nicht mehr durchdie Gravitationskräfte zwischen Sonne und Planet erklärt. Vielmehr wird die Raumzeit,aufgrund der Existenz der Sonnenmasse so gekrümmt. Durch die Krümmung der Raum-zeit sucht sich der Planet seinen optimalen Weg um die Sonne. Diesen optimalen Wegnennt man Geodäte. Der Planet bewegt sich somit auf einer Geodäte der vierdimen-sionalen Raumzeit. Die Raumzeit ist vierdimensional, da zu den drei Komponenten desRaumes (x, y, z) die Komponente der Zeit t hinzugefügt wird. Eine Geodäte beschreibtden optimalen Weg in dieser Raumzeit. Wenn keine Masse vorhanden ist, enspricht dieGeodäte in der 4-dimensionalen Raumzeit einer Geraden im 3-dimensionalen Raum. So-bald eine Masse vorhanden ist, krümmt sich die Raumzeit. Deswegen werden auch dieGeodäten der bewegten Massen gekrümmt, was so aussieht wie die Bahnen, die Newtons

2

Gravitationsgesetz ähneln.

In einer kugelsymmetrischen Näherung von Schwarzschild wurde nun berechnet, dasssich der Abstand zwischen zwei Punkten und die Zeit in der Nähe einer anderem Mas-se verändern. Ein ferner Beobachter kann einen langsameren Zeitablauf um

(1− rS

r

) 12

beobachten. Der Abstand vergrößert sich um(1− rS

r

)− 12 , was sich mit Hilfe der Flucht-

geschwindigkeit in einen Term umformen lässt, der sehr dem Lorentzfaktor der speziellen

Relativitätstheorie ähnelt:(

1− v2Fc2

)− 12[1].

Die von Schwarzschild entwickelte Theorie eignet sich zur Beschreibung von schwarzenLöcher. Diese müssten allerdings mit sonnenähnlichen Massen auf einen Durchmesservon 6 km komprimiert werden. Daher stellt sich die Frage, wie stabil Sterne sind.

1.3 Stabilität von Sternen

Ein Stern ist stabil, solange sich die Gravitationskraft und die Druckkraft kompensie-ren. Wenn die Gravitationskraft die Druckkraft übersteigt, wird der Stern komprimiert.Dadurch wird die Dichte größer und es entsteht möglicherweise ein Schwarzes Loch, einweißer Zwerg oder ein Neutronenstern. Was entsteht hängt von dem Stern und vor allemvon dessen Masse ab. Diese Vorgang stellt das „Sterben “ eines sehr massereichen Sternsdar. Dies geschieht, wenn der nukleare Energievorrat des Sterns, der für Kernfusion ver-wendet wird, verbraucht ist.

1.3.1 Weißer Zwerg

Der Physiker Chandrasekhar erforschte, ab welchen Massen ein Stern aufgrund einesGravitationskollapses kollabiert, also welche Masse ein Stern aufweisen muss, um nacheinem Gravitationskollaps ein Weißer Zwerg, ein Neutronenstern oder ein SchwarzesLoch zu werden. Die Grenzmasse beträgt: [1]

MCh = 1, 44 ·MS (5)

Figur 1 zeigt Sirius B, ein weißer Zwerg, der den Stern Sirius umkreist. Ein WeißerZwerg stellt ein Endstadium eines Sterns dar und weißt eine sehr hohe Dichte von biszu ρ = 105 − 106 g

cm3 auf. Dabei hat er eine sonnenähnliche Masse, ist allerdings nur sogroß wie die Erde. Die Oberflächentemperatur ist größer als 10.000 K. [2]

3

Abbildung 1: Weißer Zwerg Sirius B umkreist Sirius [3]

Je nach Dichte stellen sich zwei verschiedene Zustände ein. Der erste Zustand beschreibtdie Bildung eines Quantengases Das heißt, dass die Atome im Inneren des Weißen Zwer-ges ionisiert sind und daher ein Quantengas bilden, wessen makroskopische Eigenschaftendurch die Quantentheorie beschrieben werden können. Die Gravitation wird hier durchden Druck der Elektronen kompensiert. Das Elektronengas weißt eine hohe thermischeLeitfähigkeit auf und ist entartet. Der Druck wird hierbei beschrieben durch: [1]

P ∝ ρ53 (6)

Ist die Dichte nun höher als 107 gcm3 tritt der Zustand der Relativistischen Entartung

ein. Die Energie der Elektronen ist hier größer als ihre Ruheenergie. Das heißt, dass derDruckanstieg bei zunehmender Masse bei zunehmender Dichte flacher verläuft. Hierbeisteigt die Kompressibilität und es kann zu einem Gravitationskollaps kommen, falls dieMasse des Sterns die Grenzmasse MCh übersteigt.

Der Druck bei Relativistischer Entartung verläuft wie folgt: [1]

P ∝ ρ43 (7)

4

Gleichung (8) beschreibt das Hydrostatische Gleichgewicht, das auftritt, wenn die Druck-kraft der Gravitationskraft entspricht: [1]

dP

dr= −ρ(r) · g(r) (8)

mit: g(r) = GMr2 .

Nun erfolgt eine Abschätzung, zuerst für den Fall der Entartung und dann für den Fallder Relativistischen Entartung, mit: [1]

dP

dr≈ P

R(9)

ρ = M4π3 ·R3 (10)

Durch kurze Rechnung kommt man zum folgenden Ergebnis: [1]

M13 ·R = C (11)M · V = C ′ (12)

Das bedeutet, dass wenn die Masse eines Sterns wächst, der Radius des Sterns verklei-nert wird. Die gleiche Rechnung im relativistisch entarteten Fall zeigt, dass es zu einemKollaps kommen kann, da die Masse nicht mehr vom Radius abhängt: [1]

dM

dR= 0 (13)

Der Stern wird daher instabil, wenn gilt M > MCh.

5

1.3.2 Supernova

Eine Supernova stellt den ersten Schritt der Endphase von Sternen da. Sie hat ein grö-ßeres Ausmaß als eine Nova. Es handelt sich um spontane Helligkeitsausbrüche vonSternen, die nach Wochen oder Monaten verschwinden. Die emittierte Energie beträgt1044 Joule und das Helligkeitsmaximum befindet sich bei 1036 Watt, was etwa 3 · 109

Sonnenleuchtkräften entspricht. Ein größter Teil einer Supernova wird in Form von Neu-trinos umgewandelt. Nur zirka 1 % der Energie stellt den sichtbaren Bereich des Lichtsdar. Es gibt verschiedene Typen von Supernovae, zum Beispiel II, IIb, die alle aufgrundihrer Lichtkurve unterschieden werden können. Nach dem Ausbruch einer Supernovakann, bei genügend großer Masse, ein Neutronenstern, Pulsar oder sogar ein SchwarzesLoch entstehen. [1] [4]

Abbildung zwei zeigt den Aufstieg der Supernova SN 2014J in der Galaxie M 82 dar. SN2014J ist eine Supernova von Typ Ia, das heißt, dass sie ursprünglich ein Weißer Zwergwar, der durch Akkretion, also Aufnahme von Material anderer Sterne, stetig gewachsenist. [5]

Im Moment geht man davon aus, dass bei einer Supernova größer als die Masse von achtSonnen (M > 8 ·MSonne) sich ein Neutronenstern bildet. Ein Schwares Loch entsteht,wenn die Grenze von zwanzig Sonnenmassen überschritten wird (M > 20 ·MSonne).

1.3.3 Neutronenstern

Ein Neutronenstern ist erheblich kleiner als ein Weißer Zwerg. Bei einem Radius vonzirka 15 km stellt sich eine Dichte von ρ = 1011 g

cm3 ein.

Die Massen von Neutronensternen betragen zirka 1,44 bis 3 Sonnenmassen und sindsomit größer als die Chandrasekhar Grenzmasse. Beim Kollaps eines Sterns entstehtzuerst eine Supernova, die dann zu einem Neutronenstern wird, wenn die Masse derSupernova größer als acht Sonnenmassen ist. Ein Stern leuchtet, da er aufgrund vonFusion von Wasserstoff zu Helium Energie erzeugt. Ist dieser „Brennstoff “aufgebraucht,werden schwere Elemente hervorgebracht. Der Druck, der den Kern stabilisiert und derGravitation entgegenwirkt, nimmt ab, wenn sich im Kern genug Eisen, oder ähnlicheannähernd gleich schwere Elemente, befindet. Das liegt daran, dass Eisen (Fe56) diehöchste Bindungsenergie pro Nukleon besitzt, was aus dem Graphen in Abbildung 3 zuentnehmen ist. Die Elemente können nicht zu schweren Elementen als Fe56 fusionieren,da hierfür weitere Energie benötigt werden würde, da die Bindungsenergie pro Nukleonbei Fe56 ein Maximum aufweist und danach stetig fällt. [7] [6]

Wenn der Stern nun kollabiert, wird der Kern so sehr komprimiert, dass die Druckkräfteso stark werden, dass die Elektronen in den Atomkern gedrückt werden. Die Elektronen

6

Abbildung 2: SN 2014J stellt eine helle Supernova in der nahegelegenen Galaxie M82dar [5]

wechselwirken mit den Protonen im Atomkern und bilden Neutronen. Die folgende Glei-chung beschreibt die Reaktionsgleichung dieses Prozesses: [8]

p+ e− + ν → n+ ν (14)

Ein Proton und ein Elektron werden zusammen mit einem Antineutrino zu einem Neu-tron und einem Neutrino.

Wenn die Elektronen entartet werden, entsteht ein Ëntartungsdruck", der der Gravi-tation entgegenwirkt. Dieser entstandene Druck lässt sich durch das Pauli-Prinzip derQuantenmechanik erklären. Es besagt, dass höchstens zwei Neutronen in einem Energie-zustand übereinstimmen dürfen, allerdings nur wenn sie sich in ihrem Spin unterscheiden.Je mehr der Stern komprimiert wird, desto mehr energetische Zustände müssen besetztwerden. Dadurch entsteht der Druck, der der Gravitationskraft entgegen wirkt. Bei einer

7

Abbildung 3: Bindungsenergie pro Nukleon steigt zuerst an. Dann hat sie Peaks bei He4,C12 und O16. Sie ist am höchsten bei Fe56. Danach nimmt sie kontinuier-lich ab [7]

Masse, die nun größer als drei Sonnenmassen ist, kann der Stern zu einem schwarzenLoch kollabieren. Durch die freigewordene potentielle Energie bei dem Kollaps werdenNeutrinos erzeugt. Die äußere Schicht des Kerns des Neutronensterns explodiert auf-grund von Neutronenschauern. Abbildung 5 zeigt diese Explosion einer äußeren Schichteines dichten stellaren Kerns, wodurch ein Neutronenstern entsteht. Abbildung 4 zeigteinen Neutronenstern mit Umgebung. Gut hier zu sehen ist, dass der Neutronensternsehr klein ist und nicht sehr hell leuchtet. [6]

Ein Neutronenstern weißt einen unglaublich hohen Drehimpuls auf. Dies liegt an derDrehimpulserhaltung, was bedeutet, dass der Drehimpuls nach und vor dem Kollaps derselbe sein muss. Da der Durchmesser des Neutronensterns sich erheblich verringert hat,muss der Neutronenstern mit einem erheblich größerem Drehimpuls drehen.

Des Weiteren besitzen Neutronenstern ein extrem großes Magnetfeld. Dies spielt vor al-lem bei Pulsaren eine große Rolle.

1.3.4 Pulsar und Magnetar

Pulsare stellen eine Form von Neutronensternen dar. Sie entstehen, wenn die Rotations-achse des Sterns gegen die Magnetfeldachse verkippt ist. Ist dies der Fall wird eine enormleistungsstarke Radiowelle abgestrahlt (Synchrotronstrahlung). Die Energie hierfür wird

8

Abbildung 4: Neutronensternmit Umgebung:Neutronensternerscheint kleinund nicht hell[9]

Abbildung 5: Entwicklung ei-nes Neutronens-terns: Explosi-on der äußerenHülle [11]

der Rotation entnommen. Abbildung 6 zeigt den Krebspulsar im Krebsnebel. Der Krebs-nebel stellt einen Überrest aus einer Supernova dar. Der Krebspulsar, der in etwa dieGröße einer Stadt aufweißt, dreht sich zirka 30 mal in der Sekunde. Des Weiteren ist gutzu sehen, dass der Pulsar Jets (siehe 1.3.6) ausstößt. [11] [1]

Magnetare stellen eine andere Form von Neutronensternen dar. Sie haben ein viel stärke-res Magnetfeld als Pulsare. Bei einer Änderung der magnetischen Achse wird bei Magne-taren die äußerste Hülle ins All geschleudert. Diesen Vorgang nennt man Sternenbeben.Da der weggeschleuderte Teil der Hülle aus geladenen Teilchen besteht, werden diesedurch das starke Magnetfeld des Magnetars wieder beschleunigt. Durch die Beschleuni-gung der geladenen Teilchen entsteht eine Gammstrahlung. Der Ausbruch dieser Strah-lung wird „Gamma Ray burst“ genannt. [8]

9

Abbildung 6: Crab Pulsar im Crab Nebel [11]

1.3.5 Schwarzes Loch

Ein Stern ist stabil, wenn die Druckkraft der Gravitationskraft entgegen halten kann.Ist dies nicht der Fall, komprimiert sich der Stern immer weiter und ein Schwarzes Lochkann entstehen. Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie ist nichts schneller als Licht-geschwindigkeit. In der Nähe eines Schwarzen Lochs ist die Raumzeit so stark gekrümmt,dass der Lichtstrahl, der von dem Schwarzen Loch kommt, so sehr gekrümmt wird, dasser das Schwarze Loch nicht verlassen kann. Da nichts schneller als Licht ist, es somit diehöchst mögliche Fluchtgeschwindigkeit besitzt, gelingt es keinem anderen Körper, dasSchwarze Loch zu verlassen. [12] [1]

Schwarze Löcher können aufgrund ihrer Massen unterschieden werden. Die „kleinste “Artvon Schwarzen Löchern stellt das Primordiale Schwarze Loch dar. Die Entstehung einesPrimordialen Schwarzen Lochs ist nicht, wie oben beschrieben, durch einen Sternenkol-laps begründet, sondern ist schon im jungen Universum geschehen. Die Masse eines Pri-mordialen Schwarzen Lochs beträgt zirka 1018 g und die Dichte zirka 1048 g

cm3 . Primor-diale Schwarze Löcher zerstrahlen sich schnell, das heißt dass das Schwarze Loch kurzzei-tige Ausbrüche hochenergetischer, elektromagnetischer Wellen hat, burst genannt. Diese

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Strahlung wird Hawking Strahlung genannt. Die Existenz von Primordialen SchwarzenLöchern ist nicht bestätigt und somit sind alle oben genannten Angaben spekultativ. [12]

Die zweite Klasse von Schwarzen Löchern stellen Stellare Schwarze Löcher dar. Stella-re Schwarze Löcher entstehen aus Sternen, die aufgrund eines Gravitationskollapses zuSchwarzen Löchern werden. Sie stellen also den Endzustand eines Sterns dar. Der ster-bende Stern explodiert in einer Supernova. Wenn nach der Explosion die Masse nochgroß genug ist, kann ein Stellares Schwarzes Loch entstehen. Ein Stellares SchwarzesLoch kann durch Akkretion, also durch Aufnahme von Materie, wachsen. [12]

Die dritte Klasse von Schwarzen Löchern sind Massereiche Schwarze Löcher. Sie „wie-gen“ 102 − 105 Sonnenmassen. Sie entstehen möglicherweise aufgrund von Sternenkolli-sionen und Akkretion von Sternen. Möglicherweise entstehen sie auch aus PrimordialenLöchern. Meist kommen sie in Gegenden vor, in denen fast kein Gas zur Akkretion mehrvorhanden ist. [12]

Die letzte Kategorie von Schwarzen Löchern stellen Supermassereiche Schwarze Löcherdar. Sie haben Millionen bis Milliarden Sonnenmassen. Meist befinden sie sich im Zen-trum von Galaxien. Die Entstehung ist noch unklar und möglicherweise im frühen Uni-versium geschehen. Das Supermassereiche Schwarze Loch in der Milchstraße ist Sagit-tarius A*. Abbildung 7 zeigt eine Infrarot Aufnahme der Milchstraße. Ungefähr 27.000Lichtjahre weit weg von uns befindet sich das Schwarze Loch Sagittarius A*. SagittariusA* ist ein relativ ruhiges Schwarzes Loch und nimmt nicht viel Materie auf. Das Helleaus der Milchstraße wird in den Boxen auf der rechten Seite genauer dargestellt. DasMaterial wird auf mehrere hunderte Grad Celsius aufgeheizt und deswegen werden Rönt-genstrahlen erzeugt. Das weiße Licht stellt das heißeste Material dar, das die geringsteEntfernung zum Schwarzen Loch aufweist. Das leicht pinke Material ist ein Überbleibselder Supernova Explosion. [12] [13]

11

Abbildung 7: Infrarot Aufnahme von dem Zentrum der Milchstraße [13]

1.3.6 Weitere Begriffe

Im Folgenden werden weitere Begriffe, die bei der Behandlung von Schwarzen Löchernwichtig sind behandelt.

Akkretion beschreibt die Aufnahme von Materie in einem schwarzen Loch. Die Mate-rie umkreist das Schwarze Loch auf Kepler Bahnen bis keine stabile Kepler Bahn mehrmöglich ist. Es bildet sich eine Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch. In der Ak-kretionsscheibe wird die kinetische Energie der Materie abgebremst und der Drehimpulsnach außen transportiert. Abbildung 8 zeigt eine vom Computer erstellte Illustration, dieeine Akkretionsscheibe verdeutlichen soll. Die Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochsenthält hauptsächlich Gas und Plasma. Die Energie, die dadurch im Schwarzen Lochaufgenommen wird, wird in Form von Jets wieder abgegeben. Diese Jets bestehen, nachneusten Forschungsergebnisse, nicht nur als Elektronen und Protonen, sondern auch ausschwereren Elementen, wie Eisen oder Nickel. [14]

Anhand von Sagittarius A*, dem Supermassenreichen Schwarzen Loch im Zentrum vonder Milchstraße, kann Akkretion erforscht werden. Dies liegt daran, dass es das nächsteSupermassenreiche Schwarze Loch ist, von der Erde aus gesehen. S2, ein Stern, der zirka15 Sonnenmassen beinhaltet, wurde, als er sich Sagittarius A* auf 17 Lichtjahre näherte,von seiner Bahn abgedrängt. Bei einem Abstand von nur noch 16 Lichtjahren wird S2wohl zerstört. Ein weiteres Indiz für die Existenz von Sagittarius A* als Schwarzes Lochstellt der Nebel dar, der dreimal so schwer wie die Erde war und in das Schwarze Lochgesogen wurde. [15] [16]

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Jets sind Ströme von Teilchen oder Plasma, die senkrecht zur Akkretionsscheibe aus-gestoßen werden. Sie können in der Illustration in Abbildung 8 gesehen werden. DesWeiteren ist in Abbildung 9 die Galaxie Centaurus A zu sehen, die im Inneren einSchwarzes Loch beherbergt. Die Jets bestehen hier aus Plasma und reicht über Millio-nen von Lichtjahren. [17]

Abbildung 8: Illustrationeines SchwarzenLochs mit Ak-kretionsscheibe[14]

Abbildung 9: Galaxie Cen-taurus Aentströmen Jets[17]

Ereignishorizont und Schwarzschildradius Der Ereignishorizont beschreibt den Raum,in dem Ereignisse sichtbar für einen Beobachter sind. Der Radius, bis zu dieser Grenzehin, wird durch den oben beschriebenen Schwarzschildradius beschrieben.

Quasare und Aktive Galaktische Kerne Aktive Galaktische Kerne (AGN) sind Tei-le einer Galaxie, die ein Supermassereiches Schwarzes Loch beinhalten. Genauer gesagtwandeln sie einen großen Teil der Masse, die sie durch Akkretion aufnehmen in Energieum. Dieses Supermassereiche Schwarze Loch nimmt durch Akkretion Plasma auf undgibt Energie in Form von Jets wieder ab. Das kalte Material gelangt vom Staubtoruszu der Standardscheibe. Im Inneren Bereich der Standardscheibe entsteht durch Ioni-sierung und Aufheizung ein Plasma, was von dem Supermassereichen Schwarzen Lochaufgenommen wird (Akkretion). Im Bereich namens Korona entsteht die Strahlung desSchwarzen Lochs. Hierbei entsteht thermische Strahlung, das Plasma strahlt im Rönt-genbereich und Synchrotronstrahlung. Energiearme Photonen, beispielsweise aus demkosmischen Hintergrund oder aus der kalten Akkretionsscheibe, können an dem heißenGas streuen, dessen Energie aufnehmen und werden somit zu energiereichen Photonen.Synchrotronstrahlung entsteht durch geladene Teilchen, die sich im Magnetfeld bewe-gen. Es existiert auch Bremsstrahlung, die entsteht, wenn geladene Teilchen abgebremst

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werden. Den Antrieb all dieser Prozesse stellt das Supermassereiche Schwarze Loch dar.Abbildung 10 zeigt schematisch den Aufbau von AGNs. [12] [18]

Abbildung 10: Schematischer Aufbau von Aktiven Galaktischen Kernen (AGN) [18] [12]

Quasare stellen eine Spezialform von AGN dar. Quasare sind eine Frühform von Ga-laxien. Sie wandeln die Massen der Materie in ihrer Akketionsscheibe sehr effizient inEnergie um. [12]

1.4 Messung von Schwarzen Löchern - Das VLTI

Das Very Large Telescope Interferometer (VLTI) ist ein Interferometer der Europäi-schen Südsternwarte (ESO), das aus vier großen Teleskope besteht. Für das Interfero-meter können entweder Unit-Teleskope (UT) oder Auxiliary-Teleskope (AT) verwendetwerden. Der Unterschied zwischen den zwei Teleskop Arten besteht darin, dass UTs aneinem bestimmten Platz installiert sind, währen ATs an dreißig verschiedenen Stationenneu aufgebaut werden können. Das VLTI ermöglicht eine Winkelauflösung von mehrerenMillibogensekunden. Das VLTI wird unter Anderem auch zur Erforschung von AktivenGalaktischen Kernen verwendet. Abbildung 11 zeigt die vier Teleskope des VLTI. [19]

Schwarze Löcher können auch durch ihren Einfluss auf andere Himmelskörper entdecktwerden. Bei der Akkretion von Materie in ein Schwarzes Loch werden Massen sehr ef-fektiv in Energie umgewandelt. Wenn eine Masse in ein Schwarzes Loch, also eine ArtGravitationspotentialtopf, fällt muss, da die Energie erhalten werden muss, potentielle

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Energie in eine andere Form von Energie umgewandelt werden. Wenn die gesamte po-tentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt wird, gilt: [21]

v2

2 −Gm

D= konstant (15)

Wenn die Materie nun in das Schwarze Loch einfällt, wird der Abstand D kleiner. Da dieEnergie erhalten werden muss, wird v und somit auch die kinetische Energie automatischgrößer. Die kinetische Energie kann nun in andere Formen von Energie umgewandelt wer-den, die nun messbar sind. Bei einfallendem Gas wird die kinetische Energie meist inStrahlung umgewandelt. [21]

Abbildung 11: Vier Teleskope des VLTI [20]

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Literatur

[1] Vorlesung W. Gebhardt WS 00-01: Wie schwarz sind schwarze Löcher. Eine Einfüh-rung in die Physik und Astronomie Schwarzer Löcher

[2] https://de.wikipedia.org/wiki/Sirius#Sirius_B

[3] http://i1.wp.com/in5d.com/images/ESA121205_3Bf.jpg

[4] https://de.wikipedia.org/wiki/Supernova

[5] http://apod.nasa.gov/apod/ap140816.html

[6] https://de.wikipedia.org/wiki/Neutronenstern

[7] https://de.wikipedia.org/wiki/Bindungsenergie

[8] http://www.physi.uni-heidelberg.de/ eisele/physikb/sternentwicklung.pdf

[9] http://apod.nasa.gov/apod/ap981128.html

[10] http://apod.nasa.gov/apod/ap980425.html

[11] http://apod.nasa.gov/apod/ap140725.html

[12] Dr. Andreas Müller, April 2005: Schwarze Löcher - Das dunkelste Geheimnis derGravitation

[13] http://apod.nasa.gov/apod/ap121102.html

[14] http://apod.nasa.gov/apod/ap131120.html

[15] https://de.wikipedia.org/wiki/Sagittarius_A*

[16] http://www.zeit.de/wissen/2011-12/milchstrasse-loch-gaswolke

[17] http://apod.nasa.gov/apod/ap110531.html

[18] http://www.google.de/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.spektrum.de%2Flexika%2Fimages%2Fastronomie%2Fintermed%2FAGNparadigmdt.jpg&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.spektrum.de%2Flexikon%2Fastronomie%2Faktiver-galaktischer-kern%2F8&h=350&w=480&tbnid=IxKQITCkircIIM%3A&docid=OCczSSb-NugaeM&ei=9NoUVvLNAcuv-QH-mojoBQ&tbm=isch&iact=rc&uact=3&dur=329&page=1&start=0&ndsp=28&ved=0CCMQrQMwAGoVChMI8pfYz_uvyAIVy1c-Ch1-DQJd

[19] https://www.eso.org/sci/facilities/paranal/telescopes/vlti.html

[20] https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a7/Aerial_View_of_the_VLTI_with_Tunnels_Superimposed.jpg

[21] Charles D. Bailyn, Princton University Press, New Jersey, 2014: What does a BlackHole Look Like?

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