Supermassive Schwarze Löcher

[tomS]

Wenn ich Gravitationswellen habe, habe ich keine flache Raumzeit

[Timm]

Ich denke, es hat jetzt geklickt. Den absoluten Vergleich wie bei den rotverschobenen Spektren entfernter Galaxien gibt es bei "rot"verschobenen Gravitationswellen nicht.

Danke und Gruß, Timm

[tomS]

Einige Infos zu supermassiven schwarzen Löchern: http://www.pro-physik.de/Phy/leadArticle.do?laid=13666

[deltaxp]

Hallo Tom

Ich denke beides ist möglich und es handelt sich um verschiedene Regime der Gravitationswellenphysik:

lineares Regime (schwache Gravitation):
Eine Gravitationswelle kleiner Amplitude propagiert ungestört auf einer flachen (Minkowski-)Raumzeit und könnte so vom Minkowski-Hintergrund separiert werden.

nichtlineares Regime (starke Gravitation):
Eine Gravitationswelle großer Amplitude wechselwirkt nichtlinear mit umgebenden Massen/Energien und man kann Gravitationswelle nicht mehr von einem Hintergrund separieren.

Beste Grüße,
Ray

kann man sich nicht auch nicht folgendes regime vorstellen: stark gekrümme aber statische metriklösung und darauf eine kleine dynamische störung also gmn=gmn0+ehmn wobei gmn0 deutlich verschieden von der minkowski-metrik. zb BH lösung ? dann hätte man auch redshift etc. natürlich ist die wellenlänge dann wieder wichtig. wenn die wellenlänge der gravitationswellen sehr klein ist im vergleich zur statischen metrikänderung, kann man lokal ja immer flachen raum annehmen. wenn sie gross wird, so dass sich gmn0 selbst bereits geändert hat nicht mehr.

im ersteren fall kann man wahrscheinlich gut eine gravitative rotverschiebung wie bei den oben geäusserten gedankenexperimenten beschreiben, die analog zu em-wellen ist, im letzteren fall stell ich mir das auch bereits von der definition her sehr schwer vor. da kann ich mir vorstellen, dass man die frequenzen und längenvariationen nur im fernbereich bei nahezu gegebener minkowskimetrik angibt.

[gravi]

Diese Meldung passt vielleicht zum Thema hier:

Astrophysiker der Uni Göttingen wollen Hinweise darauf haben, dass Schwarze Löcher bis zu 10 Mal weniger Masse haben als bisher gedacht:

http://www.astronews.com/news/artikel/2 ... -025.shtml

Ja, was stimmt denn nun noch?
Gilt das evtl. sogar für das Loch im Zentrum unserer Galaxis?
Mich würde wirklich mal interessieren, welche Werte noch verlässlich sind...

Gruß
gravi

[Timm]

Eine überraschende Meldung. Allerdings bin ich nicht sicher, wie man bisher auf die zentralen Massen geschlossen hat.

Gilt das evtl. sogar für das Loch im Zentrum unserer Galaxis?

Kaum, denn hier werden Umlaufgeschwindigkeiten einzelner Sterne in großer Nähe zum Schwarzen Loch gemessen. Das ist viel genauer als die Untersuchung von Akkretionssscheiben.

Gruß, Timm

[gravi]

Das sehe ich eigentlich auch so. Die Vermessung unseres SL's dürfte so ziemlich die genaueste sein.

In Frage stellen möchte ich dagegen eher, wie es denn überhaupt technisch möglich ist, die Rotationsgeschwindigkeiten von Akkretionsscheiben in weit entfernten Galaxien zu bestimmen. Immerhin sitzen doch die SL's in den Galaxienzentren, und diese bestehen in erster Linie aus dem bulge, der normalerweise das eigentliche Zentrum quasi "abschotten" sollte. Claro, die Strahlung der Akkretionsscheibe könnte die des bulge überstrahlen - das wäre dann wohl doch zu erfassen, wenn es Strukturen in dieser Strahlung gibt... Habe ich das jetzt selbst beantwortet?

Gruß
gravi

[Skeltek]

Denke daß sich die Spiralarme zu schnell bewegen sollen, ist ein deutlicher hinweis darauf, daß uns allgemein bei der Berechnung von Gravitation aufgrund von Rotationsgeschwindigkeiten einiges an Einsicht fehlt. Ich habe vor kurzem einen relativ einfachen Sachverhalt für mich entdeckt, der damit zu tun haben könnte, den ich aber über Jahre nicht gesehen hab. Werde vielleicht mehr schreiben, wenn ich mich noch ein wenig besser damit befasst habe.
Gruß

[Timm]

in Frage stellen möchte ich dagegen eher, wie es denn überhaupt technisch möglich ist, die Rotationsgeschwindigkeiten von Akkretionsscheiben in weit entfernten Galaxien zu bestimmen. Immerhin sitzen doch die SL's in den Galaxienzentren, und diese bestehen in erster Linie aus dem bulge, der normalerweise das eigentliche Zentrum quasi "abschotten" sollte.

Ja, das scheint schwierig. Ich bin im Moment ein bisschen knapp mit Zeit, man muesste in der Org. Arbeit nachlesen. Soweit mir bekannt, strahlen Akkretionsscheiben bis in den Roentgenbereich. Welche Strahlung wurde gemessen, vielleicht gibts ein Fenster?

Gruesse von unterwegs, Timm

[gravi]

@Timm:
Ja, ich schätze auch, dass die Strahlung im Röntgen- oder sogar Gammabereich diese Aussagen ermöglicht.
Hab den Artikel leider auch noch nicht einschnupfen können wegen anderweitiger Beschäftigung...

Gruß
gravi

[gravi]

Quasare sind ja nichts anderes als hoch aktive galaktische Kerne - supermassereiche Schwarze Löcher, die ziemlich kräftig an der umgebenden Materie "naschen".

Wir wissen aber auch, dass in den uns nahen Galaxien die Kernregionen eher ruhig sind. Es muss also einen Prozess geben, der die zentralen SL's quasi aushungert. Eine interessante Meldung dazu findet ihr hier:

http://www.wissenschaft-online.de/artikel/1065023

Ich meine, was dort beschrieben wird, dürften extrem massereiche Jets sein, die aus den Akkretionsscheiben schießen. Anders kann ich mir das derzeit nicht erklären..., allerdings müssen dort unvorstellbare Bedingungen herrschen!

Gruß
gravi

[Ray Light]

Hallo gravi

Danke für den Hinweis auf diese interessante Meldung.

Ich würde sagen, dass die deutsche Pressemeldung eine falsche Interpretation enthält, nämlich dass der Ausfluss dem Loch signifikant "Nahrung wegnimmt". Schauen wir in die Originalpublikation (Link: http://arxiv.org/pdf/1102.4349v1 ), dann heißt es schon im Abstract: "The mass and energy flux from the outflow are (...) 0.7% of the active galactic nucleus luminosity (...).". Mit anderen Worten: Die Leuchtkraft des Aktiven Galaktischen Kerns (AGN) dominiert deutlich über den Ausfluss, und da die AGN-Leuchtkraft aus der Akkretion auf ein Schwarzes Loch gespeist wird, dominiert die Akkretion (sprich die Nahrungsaufnahme des Lochs) über den Ausfluss.
Ich erinnere mich auch an typische Zahlenwerte, dass bei AGN etwa 90% der einfallenden Materie (ausgedrückt als eine Leistung in erg/s) vom Loch verschluckt werden und nur 10% in den Ausfluss gehen. Aus den Grundlagen der Akkretionstheorie wird klar: Kein Ausfluss, ohne Einfluss (= Akkretion).

Wichtig ist bei dieser Arbeit allerdings, dass der starke Ausfluss ein "negatives Feedback" auf die Sternentstehung hat. Anschaulich ist klar, warum das so ist: Der Ausfluss prasselt auf die Umgebung des Galaxienkerns und heizt das Material dort auf. Hitze wirkt aber der Sternentstehung entgegen, weil dazu ja das Material kalt sein muss, um im Gravitationskollaps zusammenzufallen (oder mit Formeln argumentiert: die Jeans-Masse wächst mit der Temperatur, siehe http://www.wissenschaft-online.de/astro ... j.html#jea). Das war aber an anderen AGN schon zuvor beobachtet worden.

Zur Nomenklatur:
Jet meint einen gebündelten Ausfluss. Ausfluss ist ein allgemeiner Oberbegriff und hier treffender, weil der Strom eher kegelförmig und breit ist.
Bei den Quasaren unterscheidet man zwei Gruppen: radiolaute Quasare mit hoher Radioleuchtkraft und Jets vs. radioleise Quasare mit geringer Radioleuchtkraft. Es gibt deutlich mehr radioleise Quasare. Radiolaute Quasare zeigen viel Ähnlichkeiten zu den Radiogalaxien, einem weiteren AGN-Typ, aber auf unterschiedlichen Größenskalen.

Beste Grüße,
Ray Light

[gravi]

Hallo Ray,

besten Dank für diese wieder einmal sehr ausführlichen Erläuterungen!

Das leuchtet mir auch alles durchaus ein, auch dass meine Wortwahl "Jet" im vorliegenden Fall nicht ganz angebracht war.

Was mir jedoch nicht klar ist, durch welchen Prozess hier diese großen Materiemengen ausgeschleudert werden. Der Blandford- Znajek- Prozess ist ja höchstwahrscheinlich die Ursache für "echte" Jets (relativistisch beschleunigtes Plasma), aber welcher Mechanismus steckt hinter dem Materieausstoss? Vielleicht fällt hier so viel Materie ein, dass wir Zeuge einer massiven Überschreitung des Eddington- Limits sind? Das wäre dann eine einleuchtende Erklärung...

Schönen Gruß
gravi

[Ray Light]

Hallo nochmal

Ich habe weitere Quellen recherchiert, nach denen in dem Mrk 231 (offenbar ULIRG und QSO) eine Masse des zentralen supermassereichen Schwarzen Loches von mindestens 30 Mio. Sonnenmassen abgeleitet wurde (astro-ph/0509327). Nehmen wir eine Akkretion am Eddington-Limit an folgt daraus (mit der Standardformel unter http://www.wissenschaft-online.de/astro ... e.html#edd) eine Eddington-Leuchtkraft von ungefähr 10^45 erg/s. Das ist sehr ordentlich und passt quantitativ gut zu der Angabe, dass die kinetische Leistung des Ausflusses davon nur 10% ausmacht. Denn für die kinetische Leistung fand ich die Angabe in Höhe von 1,2 x 10^44 erg/s (Feruglio et al., A&A 518, L155, 2010).

Wenn wir uns nun das Standardbild der Akkretionsphysik ins Gedächtnis rufen (1. Abb. in meinem Lexikoneintrag "Akkretion" unter http://www.wissenschaft-online.de/astro ... 2.html#akk), dann muss es sich um einen strahlungsdruckgetriebenen Ausfluss handeln, d.h. die Leuchtkraft des Akkretionsflusses ist so extrem, dass sie über den Impuls der Strahlung einen heftigen Teilchenwind antreibt, der die Gestalt eines breiten Ausflusses annimmt.

Beste Grüße,
Ray

[gravi]

Ja, lieber Ray, das passt!

Die genannten Zahlen sind ja sehr stimmig. Strahlungsdruckgetriebener Ausfluss - dort müssen ja wahnsinnige Verhältnisse herrschen, wenn allein durch die Strahlung solche Materiemengen ausgestoßen werden. Der Strahlungsdruck ist dort sicherlich um Potenzen größer als in den Zentren selbst massereicher Sterne - könnte ich mir vorstellen (berechnen kann ich das leider nicht).

Doch nochmals herzlichen für die Mühe der Recherche und der Erläuterung!

Schönen Gruß
gravi

[Ray Light]

Lieber gravi

Eine schlaflose Nacht ist eine gute Gelegenheit, um sich über Strahlungsdruck zu unterhalten. Ich kann Deine Frage quantifizieren (ist aber :) :

Dazu erst ein paar Worte zu den Grundlagen. Wir wissen die Leuchtkraft des AGN. Nehmen wir eine Akkretion am Eddington-Limit an, so folgt die Leuchtkraft direkt aus der Masse des Schwarzen Lochs. Die Leuchtkraft hat die Dimension einer Leistung (Energie pro Zeit, also Watt = Joule/Sekunde), die Astrophysiker gerne in erg/s ausdrücken, weil sie lieber im cgs- als im MKS-System arbeiten. Aber das sind ja bloß Umrechnungen, und es gilt



Aus der gegebenen Strahlungsleistung kann man eine Flussdichte ausrechnen, denn es gilt:

Flussdichte = Leistung / Fläche (Dimension: Watt/qm)

Anschaulich ist das eine Energie, die pro Zeit und Fläche von der Quelle ankommt.

Druck ist allgemein definiert als eine Kraft pro Fläche, also mit der Dimension Newton pro qm, kurz Pascal. Der Strahlungsdruck (gut beschrieben in der engl. u. dt. Wikipedia) ist nun einfach definiert als Flussdichte geteilt durch die Vakuumlichtgeschwindigkeit.

Strahlungsdruck = Flussdichte / c (*)

Beispiel: Sonne

Auf der Erde erreichen uns pro Quadratmeter 1370 Watt von der Sonne. Das ist die Solarkonstante (integriert über alle Frequenzen). Somit folgt mit o.g. Definition (*) der Strahlungsdruck der Sonne am Ort der Erde zu



Das klingt nach nicht viel und ist auch nicht viel. Im engl. Wikipedia-Link "radiation pressure" gibt es eine schöne Tabelle, die zeigt, wie der Strahlungsdruck mit der Entfernung von der Sonne abnimmt.

Wie ist das nun für eine aktive Galaxie am Eddington-Limit? Wir berechnen jetzt einfach mal den Strahlungsdruck für den AGN in Mrk 231 und nehmen an, dass wir eine Entfernung von einer astronomischen Einheit (AU) zum AGN haben. Mit der Vorgabe von erg/s für die AGN-Leuchtkraft und der Information



bekommen wir die Flussdichte des AGN im Abstand Erde-Sonne von



So folgt unmittelbar der Strahlungsdruck des AGN in einer Distanz Erde-Sonne zu:



Der AGN-Strahlungsdruck ist zehnbillionenfach stärker als der der Sonne! Einige Zehnerpotenzen, wie Du richtig gemutmaßt hast, gravi.

Man könnte sich jetzt fragen, in welcher Entfernung vom AGN Mrk 231 der Strahlungsdruck genauso groß ist wie derjenige der Sonne in Erddistanz. Können wir sofort ausrechnen. Bitte nur die folgende Bedingung nach dem Abstand r auflösen:



Wir erhalten:



Der Strahlungsdruck des AGN Mrk 231 ist erst in einer Entfernung von 26 Lichtjahren so schwach wie derjenige der Sonne in Erddistanz!! 26 Lj, das ist ungefähr die 6,5fache Entfernung zum nächsten Stern nach der Sonne. Da bläst es in der Tat recht ordentlich!

In diesem Zusammenhang auch lesenswert: der Poynting-Robertson-Effekt: http://de.wikipedia.org/wiki/Poynting-Robertson-Effekt

Beste Grüße,
Ray

[belgariath]

Will eure Diskussion nicht stören, aber vielleicht interessiert folgende Meldung jemanden:

Schwarze Löcher womöglich kleiner als gedacht
Die Messung der Umlaufgeschwindigkeit von Materie im Umfeld Schwarzer Löcher deutet darauf hin, dass diese bis zu zehn Mal kleiner als bislang angenommen sind.
http://www.pro-physik.de/Phy/leadArticle.do?laid=13739

[gravi]

@belgariath:
Sorry, das hatten wir schon in diesem thread: viewtopic.php?p=22182#p22182
Macht aber nichts, doppelt hält besser

@Ray:
Nochmals herzlichen Dank für diese tolle Erklärung! Das ist ja nun doch recht einfach und gut zu verstehen - wenn man erst mal weiß wie es geht. Vielleicht war ich auch nur zu faul, mich einmal selbst um die Berechnung zu kümmern

Nein, ich muss schon sagen, das ist hervorragend erklärt und durchaus noch im :idea: -Niveau! Wirklich leicht verständlich.
Jetzt kann ich mir durchaus ein Bild von den Verhältnissen machen - obwohl es nur schwer vorstellbar ist, wie ein solcher Strahlungsdruck sich "anfühlen" mag. Wir kennen ja nur den von einer Glühlampe oder maximal von der Sonne. Und das ist kaum ein Vergleich.

Lieber Ray, besten Dank für die Aufklärung - und für die kommenden Nächte einen ruhigen und tiefen, erholsamen Schlaf!

Schönen Gruß
gravi