Abenteuer-Universum

Hallo zusammen,

ich nehme Bezug auf die News-Meldung, auf die tensor hier hingewiesen hat
viewtopic.php?f=14&t=1145

Es geht dabei um die Massen der größten, supermassereichen Schwarzen Löcher (SMBH) und insbesondere um die Zentralgalaxie im Virgo-Haufen M87. Kürzlich ergaben neue Computersimulationen von Karl Gebhardt et al. (Texas) in Kooperation mit dem MPIs für extraterrestrische Physik in Garching, dass die Masse dieses Schwarzen Lochs ca. um den Faktor 2-3 größer sein könnte, von bisher 3-4 Mrd. Sonnenmassen nun bei 6-7 Mrd. Sonnenmassen. Dieses neue Ergebnis erhält man, wenn man bei der Galaxie den Halo aus Dunkler Materie berücksichtigt – das war bislang wegen begrenzter Computerleistung nicht möglich.
Diese Simulation widerspricht den Beobachtungen, denn die Messung der Gasdynamik der Galaxie legt eine Lochmasse bei M87 von etwa 3 Mrd. Sonnenmassen nahe.

Die Lochmasse kann man u.a. aus der Bewegung der Sterne um das jeweilige Galaxienzentrum folgern. Astronomen fanden eine Korrelation zwischen Lochmasse und Sterngeschwindigkeit (genauer: Geschwindigkeitsdispersion sigma), die sog. M-sigma-Relation (Magorrian et al 1998, Hähnelt & Kauffmann 2000, Tremaine et al. 2002, Ferrarese & Merritt 2002, Häring & Rix 2004 etc.). Sie besagt: Je schneller die Sterne um das Zentrum rotieren, umso höher muss die Zentralmasse (Lochmasse) sein. Genauer: Die Lochmasse ist proportional zur Geschwindigkeitsdisperison in der vierten Potenz. Die Korrelation ist über einen weiten Massenbereich recht gut erfüllt, aber gerade bei den schwersten Schwarzen Löchern („am oberen Ende der M-sigma-Relation“) ab ca. einer Mrd. Sonnenmassen (also auch bei M87) gibt es Abweichungen, was zu kontroversen Diskussion geführt hat. Bricht die Korrelation hier womöglich zusammen? Gibt es eine „Krümmung“ in der Korrelation (siehe z.B. Wyithe 2006) für die hellsten Zentralgalaxien (brightest cluster galaxies, BCGs)?

Mein Kommentar: Die Simulation von Gebhardt et al. ist zunächst ein Einzelergebnis. Vom Trend her verschärft es die Situation, weil M87 nun noch mehr von der M-sigma-Relation abweicht. Unter diesen Gesichtspunkten betrachtet, sollten wir daher weitere Computersimulationen an bekannten massereichen Galaxien abwarten und ebenfalls die Diskussion um das massereiche Ende der M-sigma-Relation verfolgen. Noch gibt es hier keine eindeutigen Lösungen.

Aktuelle Daten zur M-sigma-Relation findet man in Fig. 1 in Gültekin et al. 2009, http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/090 ... 4897v1.pdf
Dort ist M87 (= NGC 4486) noch mit der beobachteten Lochmasse zwischen 3-4 Mrd. Sonnenmassen eingetragen.

Wie tensor ebenfalls hinwies, ist das SMBH im BL-Lac-Objekt OJ 287 mit 18 Mrd. Sonnenmassen das bislang schwerste, beobachtete SMBH; siehe auch mein Blogbeitrag hier:
http://www.kosmologs.de/kosmo/blog/eins ... ahres-takt

Beste Grüße,
Ray

Lieber Ray,

es freut mich sehr, wieder einen Beitrag hier zu sehen!
Besten Dank für die Erläuterungen. Es ist sicherlich nicht die einfachste Aufgabe, die Masse eines Schwarzen Lochs zu bestimmen. In unserer Galaxis mag das ja noch mit einer relativen Genauigkeit möglich sein, da wir die Bahngeschwindigkeiten der Sterne im Zentrum recht genau messen können. Je weiter eine Galaxie entfernt ist, umso schwieriger wird es, weil die Auflösung des Zentrums mit zunehmender Distanz immer schlechter wird. Bei der Andromeda- Galaxie geht es ja noch, aber ob die Masse von 18 Milliarden Sonnenmassen des SL's im Quasar OJ 287 eine exakte Angabe ist - ich kann es nicht beurteilen. Immerhin scheint es aber bei den Schwergewichten nach oben hin keine Grenze zu geben.

Beste Grüße
gravi

Nabend,

mich hat die gemessene Lochmasse von 18 Mrd. Sonnenmassen in OJ 287 ebenfalls sehr erstaunt, weil sie deutlich über denjenigen anderer Lochkandidaten liegt; etwa um das 2-3fache mehr. Die Massenbestimmung halte ich allerdings für recht solide, weil sie auf den recht präzisen Formeln für den Gravitationswellenverlust beruhen. Zwei sich umkreisende Schwarze Löcher strahlen Gravitationswellen ab, ein Prozess, bei dem das System Energie verliert, sodss sich die beiden Löcher immer mehr annähern und verschmelzen werden (es sei denn, eine gravitative Störung kickt das kleinere Loch vorher aus dem System).

Nach der ART haben Schwarze Löcher keine Maximalmasse, aber aus praktischen Gründen muss es eine Obergrenze der Lochmassen geben, weil die Löcher nur eine endliche Zeit zur Verfügung hatten, um zu entstehen und per Akkretion zu wachsen, nämlich maximal 13,7 Mrd. Jahre - das Alter des Universums. Starten die Kosmologen nach dem "Dunklen Zeitalter" bei einer Rotverschiebung von z=20....30 mit Schwarzen Löchern, die aus dem Kollaps der ersten Generation massereicher Sterne (PopIII) entstanden, so haben sie schon einiges an Problemen, um die beobachteten SMBHs mit Mrd. Sonnenmassen zu erklären (die auch schon bei z ~ 6 beobachtbar sind, z.B. die SDSS-Quasare). Um das zu schaffen, muss man schon mit recht massereichen Schwarzen Löchern starten, die einige 1000 Sonnenmassen haben. Solche "Startlöcher" zu haben ist aber stellarphysikalisch nicht so leicht zu erklären, weil ja die Vorläufersterne noch massereicher gewesen sein müssen. Andere Entstehungsmechanismen für Schwarze Löcher abseits der Sternexplosionen, z.B. kollabierende Brill-Wellen, sind zu exotisch.
Auch hier müssen wir uns gedulden, bis man mehr über die PopIIIs weiß bzw. bis die Kollapssimulationen weiter vorankommen bzw. bis die hochrotverschobenen GRBs (wie GRB 090423 bei z ~ genauer verstanden und deren Lochmassen gemessen sind usw.

Von den "kosmologischen Schwarze Löcher" halte ich nicht viel. Das war seinerzeit eine Spekulation, die beobachterisch bei weitem nicht gestützt werden kann und die auch den Theoretikern noch mehr Probleme bereiten würde, weil diese Löcher ja nochmal deutlich schwerer sind, als die bekannten Kandidaten.

Beste Grüße,
Ray

100 Billionen Sonnenmassen?

Der Schwarzschildradius wäre denn ca. 30 Lichtjahre; kann das stimmen?

Bei 30 Lichtjahren könnte man also das Innere für Jahrzehnte gefahrlos erkunden. Das wäre doch mal was! Für Astronauten, die keine Familie gründen wollen, ist das völlig in Ordnung.

Das derzeit größte bekannte Schwarze Loch im Quasar S5 0014+81 wird auf 40 Milliarden Sonnenmassen geschätzt und hätte, wenn es nicht rotiert, einen Durchmesser von etwa 240 Milliarden Kilometern, wenn es maximal rotiert von etwa 120 Milliarden Kilometern. 240 Milliarden Kilometer sind fast ein Lichttag.

https://en.wikipedia.org/wiki/S5_0014%2B81

Hier eine Liste von riesigen Objekten:

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_m ... lack_holes

Gruß
Analytiker

Wahnsinn, das sind langsam Dimensionen, die jenseits jeder Vorstellungskraft liegen. Aber man muss einfach nur die Zahlen auf dem Papier akzeptieren.
Wie Ray schon weiter oben andeutete, welche Prozesse mögen zu solchen Masseansammlungen geführt haben...?

Gruß
gravi

gravi hat geschrieben: ↑

20. Apr 2017, 18:12

Wahnsinn, das sind langsam Dimensionen, die jenseits jeder Vorstellungskraft liegen. Aber man muss einfach nur die Zahlen auf dem Papier akzeptieren.

Hallo gravi,

das ganze wird deutlich weniger dramatisch, wenn man die richtigen Vergleichsgrössen heranzieht. So hat unsere Milchstrasse etwa 400 Milliarden Sonnenmassen und der Andromedanebel rund doppelt soviel, also 800 Milliarden Sonnenmassen.

Da sind 40 Milliarden Sonnenmassen also rund ein Zehntel bis ein Zwanzigstel davon.

gravi hat geschrieben: ↑

20. Apr 2017, 18:12

Wie Ray schon weiter oben andeutete, welche Prozesse mögen zu solchen Masseansammlungen geführt haben...?

Die zentralen Schwarzen Löcher unserer Milchstrasse und vom Andromedanebel sind natürlich weniger massenreich als die kompletten Galaxien, im Fall unserer Milchstrasse rund 1000-mal weniger, aber das sind für die Vorstellungskraft Details; was ich sagen will ist nur, dass die Grössenordnung "ähnlich" ist.

Nehmen wir noch die grösste Galaxie des Virgo-Galaxienhaufens, das ist M87; diese hat rund 200-mal mehr Masse als unsere Milchstrasse und ihr zentrales Schwarzes Loch könnte es auf 6.5 Milliarden Sonnenmassen bringen, und nun fehlt nur noch ein Faktor 6 bis hin zum o.g. Quasar.

Schauen wir uns der Vollständigkeit halber auch noch die erstentdeckte Galaxie des Virgo-Galaxienhaufens an, das war M49; ihr zentrales Schwarzes Loch bringt es 0.5 Milliarden Sonnenmassen, da fehlt auch "nur" noch ein Faktor ~80.


Freundliche Grüsse, Ralf

Gibt es eine prinzipielle "Höchstbeschränkung" für die Masse von SL's? Klar, kein SL dürfte so groß sein, dass weite Teile unseres Universums im Schwarzschildradius lägen, denn das würden wir merken. Aber könnte es zB sein, dass irgendwann alle Materie des Universums in einem SL zusammenfällt? Und ganz theoretisch gedacht: Gäbe es irgendeine Masse x, wo aus irgendeinem Grund eine Grenze ist oder wäre sie beliebig nach oben erweiterbar?

s.o.

Nein, gibt gem. der ART keine prinzipielle Obergrenze, jedoch durchaus praktische, insbs. die endliche Zeit und damit der endliche Raumbereich, aus dem ein SL "gefüttert" werden kann.

Ein schwarzes Loch, dass 10000 mal so groß ist wie unser zentrales Loch ist schon gewaltig. Wäre das Objekt 280 Lichtjahre von der Erde entfernt und wir könnten es beobachten, würde es uns heller erscheinen als die Sonne.

Es wurde mal eine praktische Obergrenze bei Schwarzen Löchern in der Größenordnung von 10 Milliarden Sonnenmassen angenommen. Da es keine Evidenz für kosmologische Schwarze Löcher mit vielen Billionen Sonnenmassen gibt, wird die bekannte Größenordnung von 10 Milliarden Sonnenmassen im beobachtbaren Universum wohl nicht um mehrere Größenordnungen überschritten werden.

Gruß
Analytiker

Analytiker hat geschrieben: ↑

21. Apr 2017, 11:51

Ein schwarzes Loch, dass 10000 mal so groß ist wie unser zentrales Loch ist schon gewaltig. Wäre das Objekt 280 Lichtjahre von der Erde entfernt und wir könnten es beobachten, würde es uns heller erscheinen als die Sonne.

Hallo zusammen,

ich würde hier noch zwischen dem "Schwarzen Loch" selber und dem "Objekt", dem man eine scheinbare Helligkeit zuordnet, unterscheiden.

Kommt noch hinzu, dass wenn das "Objekt" nur 280 Lichtjahre entfernt wäre, wir noch ziemlich "mitten drin" in der Umgebung wären, einer Umgebung, in der die Sterndichte deutlich grösser als in Sonnenumgebung ist.


Freundliche Grüsse, Ralf

Es kommt auch drauf an, wie die Rotationsachse des Lochs auf einen Beobachter ausgerichtet ist. Ein Blick auf die Pole bei verhältnismäßig geringer Entfernung wäre wohl sehr unangenehm, da der Jet, der auf einen gerichtet wäre, intensiv zu spüren wäre.

Wenn das Loch keine Materie zum Futtern hat, kann es sich durch elektromagnetische Strahlung nicht bemerkbar machen. Quasare mit starker Leuchtkraft akkretieren jedoch viel Materie.

Gruß
Analytiker

Also H. Lesch sieht das etwas anders mit dem größten schwarzen Loch und kann eure Größendimensionen irgendwie nicht teilen.......

https://www.youtube.com/watch?v=wX3mqrsluCI

Frank hat geschrieben: ↑

21. Apr 2017, 16:35

irgendwie nicht teilen.......

ich schon, wobei Glaube und "Nichtwissen" sich dabei vermischen. Und Lesch ist nicht immer "Allwissend"

Dares

Es gibt eine neue Erklärung für die frühe Entstehung supermassiver Schwarzer Löcher SMBH im jungen Universum.
Die dürften nicht da sein, wenn sie mal klein angefangen hätten und dann über Akkretion und Verschmelzung und so.
Wahrscheinlich scheint doch der Kollaps einer riesigen Wasserstoffwolke und Dunkler Materie zu sein.

Mit ALMA wurden 13 Mrd Jahre alte Galaxien untersucht. In den ersten 25 Kandidaten mit aktiven SMBHs konnte
die Sternentstehungsrate über den C-Anteil im Spektrum (wegen Überstrahlung?) nicht ermittelt werden.
Also wurden benachbarte Galaxien mit nicht aktiven SMBHs verglichen mit dem überraschenden Befund
daß die Sternentstehungsrate die heutige um das 100-fache übertraf, erklärt durch einen hohen Zufluß kalter Materie.

Davon dürfte auch das kollapsähnliche Wachstum der SMBHs profitiert haben
https://www.nature.com/nature/journal/v ... 22358.html "Rapidly star-forming galaxies adjacent to quasars at redshifts exceeding 6"

Grüße zum Herrentag, aber erst morgen - Dip

Wir hatten schon einmal ein ähnliches Thema aber in einem anderen Zusammenhang.

Letztendlich wäre es ja auch denkbar dass die ersten Gaswolken keine Supersterne bildeten sondern gleich unter ihrem eigenen Gewicht
kollabierten und ein SL bildeten. Das wäre doch eine logische Erklärung.

Dares