Abenteuer-Universum

Astronomen entdecken Schwarze Löcher in der Frühzeit des Kosmos

Verborgen hinter dichten Gas- und Staubwolken wuchsen die ersten supermassiven Schwarzen Löcher gemeinsam mit ihren Galaxien, wohl bereits wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall.

Ich spekuliere mal: könnten da Brillwellen o.ä. dahinterstecken?

...

hier der vollständige Artikel: http://www.pro-physik.de/Phy/leadArticle.do?laid=14144

Ich denke einfach mal die sind schon immer da gewesen... einige Bereiche hatten zu viel Masse zum expandieren andere nicht...

Wenn man davon ausgeht, daß zum Zeitpunkt des Urknalls die Masse ungleich verteilt war, hat man vielleicht von Anfang an einige Sphäroide, die es nicht geschafft haben zu expandieren. Der EH wäre also von Anfang an vielleicht bereits da gewesen.

Das wiederspricht den gängigen kosmologischen Modellen bzw. lässt sich nicht vernünftig mathematisch formulieren.

Ist aber eine interessante Idee.

Warum widerspricht das den kosmologischen Modellen? Die Planck-Ära war doch ein rein quantenmechanischer Zustand des Universums, und Quantenphänimenen sind doch Fluktuation generell inhärent?

Die kosmologischen Modelle sagen heute gerade nicht voraus (bzw. setzen nicht voraus), dass SLs durch Quantenfluktuationen entstanden sein könnten. Insofern wiederspricht das den Modellen.

Aber es ist natürlich richtig, dass man in einer endgültigen Theorie der QG ggf. derartige Quantenfluktuationen findet, aus denen SLs entstehen - aber dazu muss man diese QG-Theorie erst haben - und dann müsste man die Modelle ändern.

Ob der Raum expandiert oder nicht ist doch von der Energiedichte pro Raum / momentane Expansiongeschwindigkeit abhängig(oder so ähnlich)?

Wenn die Materie im aum ungleich verteilt ist bzw Inhomogenitäten dazu führen, daß Materie sich irgendwo sammelt, wieso sollte es dann so abwägig sein, daß die Energiedichte beim Urknall auch auf größeren Skalen etwaige Inhomogenitäten aufwiese? Vielleicht haben ja einige Areale/Hubblesphären einfach so viel Masse, daß sie kontrahieren, statt zu expandieren. Der Dark Flow wäre doch ein recht guter Hinweis darauf?

Es wären vielerlei Gedanken möglich:
-Ein Areal ist zu dicht und fängt an früh nach dem Urknall wieder zu kolabieren
-Ein Areal war so dicht, daß er bereits kurz nach dem Urknall einen sphäroiden EH gebildet hat(ähnlich wie unsere hubblesphäre, nur anders rum)
-Ein Areal war so dicht, daß der EH eigentlich bereits vor/bei dem Urknall angelegt war und als SL kolabiert/gewachsen ist
-SLs generel sind kolabierende Raumzeit, die Expansion des Universums ist im Schnitt Null / In den leeren des Alls kommt genau so viel Raum dazu, wie in SLs verschwindet: Oberfläche*c (Müsste man beides mal abschätzen, vielleicht ist es beide Größen zufällig genau gleich)

Nochmal: ich sage ja nicht, dass es nicht so sein könnte, sondern nur, dass das nicht zu den heutgen Modellen passt.

http://www.wissenschaft-online.de/astro ... t_b06.html
Astrophysikalisch relevant sind diese noch theoretischen Gebilde, weil sie Schwarze Löcher bilden können - wie es scheint auf der ganzen Massenskala, von TeV bis 1010 Sonnenmassen. Da dies nicht mal Materie bedarf, könnten dies erste Kondensationskeime für Galaxien in der Frühgeschichte des Universums sein. Gravitationswellendetektoren (Geo 600, LISA, LIGO, LISM etc.) könnten über diese Spekulation bald Klarheit verschaffen.

Superkritische Brill-Wellen sind demnach eine wirklich interessante Spekulation.

Der CMB zeigt ja Verdichtungen der Materie zum Zeitpunkt der Rekombination. Würden diese Verdichtungen Schwarze Löcher beherbergen, müßte man eigentlich einen um den Faktor 1000 rotverschobenen Röntgen-CMB erwarten. Ob davon allerdings zur Detektion ausreichend viele Photonen vorhanden wären? Eher fraglich.

Folgen wir Skeltek's Spekulation, daß es die supermassiven Schwarzen Löcher der Galaxien schon beim Urknall gegeben hat. Dann müßte die unser sichtbares Universum repräsentierende Region des Urknalls > 100 Mrd supermassive Schwarze Löcher beherbergt haben, jedes von der Größe des Sonnensystems. Oder falls nicht supermassiv, dann eben entsprechend kleiner.
Man stelle sich Schwarze Löcher in einem schnell expandierenden Kosmos hoher Materiedichte vor. Hier ergibt sich m.E. die interessante theoretische Frage nach dem Wachstum Schwarzer Löcher in Abhängigkeit von Dichte und Expansionsrate. Dabei kann angenommen werden, daß die SL nicht an der Expansion teilnehmen. Kritische Dichte/Expansion Wertepaare sollten in einem D/E Diagramm eine Kurve ergeben, unterhalb derer kein Wachstum Schwarzer Löcher stattfindet.

So, jetzt hab' ich auch mal kräftig spekuliert. Sicherlich muß man aber beachten, daß jedes Modell, das mit "fertigen" Gebilden, wie Schwarzen Löchern beginnt, kein Weltmodell ist.

Gruß, Timm

Brill- Wellen sind durchaus interessant. Ob sie jedoch auch realistisch sind sei dahin gestellt.

Die SL's aus der Frühzeit sind dagegen durchaus spruchreif, schließlich beobachten wir ja uralte Galaxien, die superaktiv sind (Quasare & Co.).

Ich denke, seinerszeit war einfach die Massendichte derart hoch, dass neben den ersten, massereichen Sternen auch die supermassereichen SL's entstehen konnten.

Gruß
gravi

Was ist denn überhaupt eine Brill-Welle?

Brill- Wellen sind eine spezielle Art von Gravitationswellen, die in der Frühzeit des Universums (theoretisch) entstehen konnten.
Zwar sind sie materiefrei, können aber aufgrund ihrer hohen Energie bis zum Schwarzen Loch kollabieren - sogar zu richtig schweren von bis zu 10 Milliarden Sonnenmassen.

Prinzipiell könnten sie sogar die Keime der Galaxien sein - in deren Zentren finden wir ja die massereichen SL's.
Bislang ist das aber reine Theorie - Folgerungen aus den Einsteinschen Feldgleichungen. Nachgewiesen sind sie bisher nicht.

Gruß
gravi

Unglaublich, wie viel Informationen man aus 2-3 Gamma-Photonen ziehen kann. Ich frage mich immer noch, wie die den Winkel/Flugrichtung so genau einem Objekt in 16 Milliarden Lichtjahren Entfernung zuordnen können und dabei noch die Ursache auf ein SL eingrenzen konnten. Wenn ich mir noch so überlege, daß es ja schon im Labor schwierig ist Impuls/Position des Photons kurz vor dem Aufschlag auf die Photoplatte zu determinieren...


Übirgens kann man nicht von materiefreien SLs sprechen. Nach dem bilden der Singularität kehrt vermutlich sowieso alles wieder in den ursprünglichen Zustand zurück... = /

"Materiefrei" ist im physikalischen Sinn nicht unterscheidbar von energiefrei. Jeder hier kennt doch sicherlich die Masse-Energieäquivalenz (ansonsten haben sie/er die Homepage völlig ignoriert ). Da ist es doch egal, ob irgendeine große Masse kollabiert oder eine energiereiche Brill- Welle.

Nun, ein paar mehr als 2-3 Photonen werden es schon sein, die man von jwd empfängt. Die Instrumente, die wir heute nutzen, werden ja stets empfindlicher und genauer. Und die Astrophysiker sind schon richtig clevere Leute, es ist wirklich bewundernwert, was die aus ein paar Photonen an Information herauskitzeln.

Interessant ist übrigens bei Betrachtung der ersten SL's, dass in der kosmischen Früzeit tatsächlich bereits diese richtig massereichen Boliden gebildet wurden. Eine gute Aussage in dieser Hinsicht macht ja die Millennium- Simulation:

http://abenteuer-universum.de/kosmos/urknall5.html

Gruß
gravi

gravi hat geschrieben:"Materiefrei" ist im physikalischen Sinn nicht unterscheidbar von energiefrei. Jeder hier kennt doch sicherlich die Masse-Energieäquivalenz (ansonsten haben sie/er die Homepage völlig ignoriert :mrgreen: ). Da ist es doch egal, ob irgendeine große Masse kollabiert oder eine energiereiche Brill- Welle.

Das ist physikalisch nicht einfach zu sagen.

Zunächst hat eine kollabierende Masseverteilung natürlich eine nicht verschwindende Energiedichte; aber die Schwarzschildlösung selbst ist (außer "in" der Singularität) eine Vakuumlösung mit verschwindender Energiedichte. Eine Brillwelle ist m.W.n. eine reine Gravitationswelle, d.h. ebenfalls eine Vakuumlöung und trägt deshalb im eigtl. Sinne keine Energie.

Sorry, glaube nicht, daß es im frühen Urknallstadium so materiefreie Areale gab, daß eine Brillwelle ohne Materieinhalt kolabiert haben kann. Es wäre völlig ausreichend wenn sie dafür sorgt, daß in einem Raumareal das erhöhte Materie-Expansion-Verhältniss eine Deflation des Raums ganz knapp verhindert.
Es käme dann lokal begrenzt zu einem verfrühten big crunch.
Schwerer vorstellbar aber denkbar halte ich, daß ein punktförmiger EH beim Urknall schneller expandiert ist als die Materie darin expandieren konnte. So wäre der Bereich von Anfang an abgekapselt gewesen.

Sorry, glaube nicht, daß es im frühen Urknallstadium so materiefreie Areale gab, daß eine Brillwelle ohne Materieinhalt kolabiert haben kann. Es wäre völlig ausreichend wenn sie dafür sorgt, daß in einem Raumareal das erhöhte Materie-Expansion-Verhältniss eine Deflation des Raums ganz knapp verhindert.
Es käme dann lokal begrenzt zu einem verfrühten big crunch.
Schwerer vorstellbar aber denkbar halte ich, daß ein punktförmiger EH beim Urknall schneller expandiert ist als die Materie darin expandieren konnte. So wäre der Bereich von Anfang an abgekapselt gewesen.

Ist jemand so gut mit den gängigen Theorien/Mechanismen und der mathematischen Notation vertraut um den geometrischen Sachverhalt kurz in ne Formel zu packen? Ist bei mir zu lang her seit ich überhaupt was tiefergreifendes mit Mathe gemacht hab...

Ich kenne dazu keine Berechnungen

Ja, diese Brill- Wellen sind ebenfalls reine Vakuumlösungen.
Überzeugt von deren tatsächlicher Existenz bin ich selbst nicht, würde sie aber auch nicht gänzlich ausklammern wollen.
Habe sie eigentlich auch nur der Vollständigkeit halber erwähnt, denn zu diesem Thema gehören sie nun mal dazu.
Mathematisch kann ich dazu nichts beitragen.

Unser Ray hat aber Informatives:

http://www.wissenschaft-online.de/astro ... t_b06.html

Gruß
gravi

Bis heute ist es ja noch nicht eindeutig geklärt, wie diese Massemonster von bis zu mehreren Milliarden Sonnenmassen in den Galaxienzentren entstehen konnten.

Es gibt dazu dazu diverse Hypothesen. Nach meinem Dafürhalten ist die Millennium- Simulation derzeit noch die am leichtesten zu akzeptierende. Andere gehen davon aus, dass die primordialen SL's gleich extrem viel Gaswolken geschluckt hatte.

Eine neuere Untersuchung amerikanischer Astronomen geht nun davon aus, dass SL's leicht Doppelsterne trennen können, wobei diese dann einen regelrechten "Tritt" bekommen und ziemlich flott im SL verschwinden.

Siehe http://www.astronews.com/news/artikel/2 ... -011.shtml

Ich bin mir aber nicht so sicher, ob das die Erklärung ist...

Gruß
gravi

Hallo Skywalker,

zunächst einmal herzlich willkommen hier im Forum!

Nanu, sehe ich da ein wenig Pessimismus? Den tieferen Sinn unseres Lebens kann ich Dir leider nicht nennen. Aber es ist sicherlich sinnvoll, sich mit der Welt auseinander zu setzen, in der wir leben. Wenn man schon mal da ist, da kann man sich doch auch für alles interessieren, was ich in kosmischen Maßstäben meine.

Dass ich eines Tages sterben muss gefällt mir überhaupt nicht - es wird wohl jedem so ergehen. Auch nicht, dass die Menschheit und unser ganzer schöner Planet einmal komplett von der Sonne "gebraten" wird. Aber so ist es halt im Universum, etwas entsteht und wird mit tödlicher Sicherheit auch wieder vergehen. Das Universum ist voll von Ereignissen und das ist auch gut so, sonst hätte es keine Geschichte.

Ich jedenfalls bin dankbar, dass ich unsere Erde und - zumindest optisch - das ganze Universum bewundern darf. Es ist eine einmalige Chance und die nehme ich voll und ganz wahr. Ob mein Dasein nun sinnvoll ist oder nicht - darüber mache ich mir erst gar keine Gedanken. Aber ich bewundere es, dass erst ein ganzes Universum entstehen musste, damit ich heute diese Zeilen schreiben kann....

Netten Gruß
gravi

Hallo zusammen

Der Ursprung der supermassereichen Schwarzen Löcher gehört nach wie vor zu den großen Rätseln der Astrophysik und Kosmologie.

Brill-Wellen bieten einen Erklärungsansatz, sind aber recht exotisch. In der Fachwelt ist das sicherlich nicht die Mainstream-Antwort auf das o.g. Rätsel. Die konventionelle Antwort ist vielmehr, dass die supermassereichen aus stellaren Schwarzen Löchern - also den ersten Explosionen massereicher Sterne - hervorgegangen seien. Durch Verschmelzung und Akkretion seien die anfangs leichten Löcher zu den schweren Giganten geworden. Hierbei gibt es aber enge Beschränkungen: 1) zeitlich: Für diese Wachstumsphase blieb verdammt wenig Zeit. Denn schon in der Epoche bei z=6 gab es Quasare mit supermassereichen Schwarzen Löchern wie z.B. SDSS-Daten belegen. 2) Masse: Am Ende muss eine Lochmasse vom Kaliber 10 Mrd. Sonnenmassen (beobachtet z.B. in M87) aus der Wachstumsphase hervorgehen.

Es sieht danach aus, als ob durch diese Beschränkungen die Löcher vor der Wachstumsphase (die "Saatlöcher") schon recht massereich gewesen sein mussten. 100 Sonnenmassen ist offenbar zu wenig.

Die Frage ist nun, aus welcher Population Vorläufersterne sich die ersten Schwarzen Löcher im Kosmos gebildet haben könnten. Hier gibt es viele Unklarheiten, weil man kaum über Beobachtungen an diese ersten Sterne herankommt und auch die Computersimulationen erlauben noch keine sicher Vorhersage (sehr lesenswert in diesem Zusammenhang das Buch "Supernovae und kosmische Gammablitze" von Hans-Thomas Janka). Die ersten Sterne - die sog. Population III - waren extrem metallarm, denn sie mussten sich ja aus interstellarer Materie bilden, die ihnen damals zur Verfügung stand. Das sind im Wesentlichen zu 75% Wasserstoff und zu 25% Helium (primordiale Häufigkeiten). Sterne "ticken" dann ganz anders, als metallreichere Sterne wie unsere Sonne. Sie können viel massereicher werden und waren um ein Vielfaches leuchtkräftiger.

Vielleicht bezogen die ersten Sterne ihre Energie gar nicht aus der Kernfusion, sondern im Innern waren ganz andere Prozessen am Werke, die z. B. mit Dunkler Materie zusammenhängen, siehe hier:

http://www.scilogs.de/kosmo/blog/einste ... kle-sterne

Im Verständnis des kosmologischen Lochwachstums gibt es eine Reihe ungeklärter Phänomene. So gab es kürzlich Zweifel an der gekoppelten Wachstum von Loch und Galaxie (der sog. Relation zwischen Lochmasse und Bulgemasse), siehe diese Chandra-Meldung:

http://chandra.harvard.edu/press/12_rel ... 61112.html

Es gibt also noch einige Nüsse zu knacken in dem Geschäft. Hoffen wir, dass die Beobachtungen hier neue Impulse bringen werden.

Beste Grüße,
Ray

Hallo Ray,

danke für die Anregungen!

Ich kann mir allerdings nicht vorstellen, dass die supermassereichen SL's aus stellaren Endzuständen hervor gingen.
Die Zeit zum Wachstum war dazu doch viel zu kurz (wie Du ja auch anführst). Das Eddington- Limit setzt deren Hunger doch eine definierte Grenze.

Eine schöne Simulation hierzu ist nach meiner Ansicht die Millennium- S. Hier geht man ja davon aus, dass die DM während der ersten kosmischen Entwicklung ungestört Verdichtungen ausbilden konnte - was letztendlich die Keime für die SL's gelegt hat.

Brillwellen oder kosmische Strings sind mir auch ein wenig zu exotisch...

Gruß
gravi

Hallo Ray,

eine interessante Idee, habe davon noch nichts gehört.

Du beschreibst in SciLogs ein Szenario der Sternheizung durch Annihilation von Majorana WIMPs.

Dazu die Frage: Sollte es dann nicht (bei der vermuteten Menge dieser Teilchen außerhalb der Sterne) einen mit dieser Vorstellung kompatiblen diffusen Gammastrahlen Hintergrund geben?

Gruß, Timm

Hallo Ray,

Hoffentlich schaust Du noch hier rein, denn ich habe eine weitere Frage:

Weshalb annihilierten die hypothetischen Majorana WIMPs nicht schon kurz nach ihrer Entstehung, also kurz nach dem Urknall?

Gruß, Timm

Läuft es letzten Endes nicht darauf hinaus, wieviel ein sich zusammenziehendes Areal an Drehimpuls zur Verfügung hat; bzw das Drehimpulsgefälle vom gemeinsamen Schwerpunkt nach Außen?