Schwarze Löcher - Astroteilchenschule
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Schwarze Löcher Günther Hasinger (MPE) [email protected] http://www.mpe.mpg.de/~ghasinger 6.10.2006 Astroteilchenphysik-Schule Schwarze Löcher: Kap 1 1: Was sind Schwarze Löcher und wie entstehen sie? 6.10.2006 Astroteilchenphysik-Schule Schwarze Löcher: Kap 1 Schwarzschild‘s Raumzeit-Metrik Schwarzschild-Radius: rS = 2 GM/c2 6.10.2006 Karl Schwarzschild (1917†) Erde: 1 cm Sonne: 3 km Gal. Zentrum: Merkurbahn Milchstraße: 12 Lichttage Astroteilchenphysik-Schule Schwarze Löcher: Kap 1 Albert Einstein (1955†) Masse gegen Radius gesamtes sichtbares Universum • 1076 • • • •Sonne WZ • galaktisches SL stellares SL M / MProton 1038 1019 hw c S ze r a er h c Lö • Menschen • Planck Loch Q on gi re en nt ua 1 10 6.10.2006 -19 MChandra Erde Ato mke rndi chte Ato mdi chte 10 57 •Proton 1019 1 r/ Astroteilchenphysik-Schule rProton Schwarze Löcher: Kap 1 MPlanck Masse krümmt den Raum Schwarzes Loch Sofi 1999 Originalmessung der Sonnenfinsternis von 1922 6.10.2006 Astroteilchenphysik-Schule Schwarze Löcher: Kap 1 Gravitations-Rotverschiebung 6.10.2006 Astroteilchenphysik-Schule Schwarze Löcher: Kap 1 Entwicklung der Sterne Weißer Zwerg Neutronenstern 6.10.2006 Schwarzes Loch Astroteilchenphysik-Schule Schwarze Löcher: Kap 1 Endmasse der Sternenleiche Der Sternenfriedhof 6.10.2006 Astroteilchenphysik-Schule Schwarze Löcher: Kap 1 Anfangsmasse des Sterns Der erste Stern Tom Abel & Discovery Channel Bevor sich der erste Stern bilden kann, muss das Universum auf eine Temperatur von ~100K abkühlen, damit sich Wasserstoff-Moleküle bilden, die das Gas effizient kühlen. Der erste Stern soll massereich sein (~300 M ), strahlt ~1 Million Jahre, sterilisiert seine kosmische Umgebung, explodiert u.U. in einer Hypernova, verschmutzt seine Umwelt mit schweren Elementen und erzeugt ein Schwarzes Loch. 6.10.2006 Astroteilchenphysik-Schule Schwarze Löcher: Kap 1 Gammastrahlen-Ausbrüche Die Geburt Schwarzer Löcher ? 6.10.2006 Astroteilchenphysik-Schule Schwarze Löcher: Kap 1 Vernichtung Schwarzer Löcher Hawking-Strahlung 6.10.2006 Astroteilchenphysik-Schule Schwarze Löcher: Kap 1 Hawking-Strahlung • Die Hawking-Strahlung ist eine SchwarzkörperStrahlung • Ihre Wellenlänge entspricht in etwa dem Schwarzschild-Radius • Die Temperatur des SL entspricht T=hc3/8πkGM • Die Leuchtkraft ist damit L=AσT4 • Damit wird die Lebensdauer des SL etwa τ = M/L ≈ (M/M )3 1066 Jahre 6.10.2006 Astroteilchenphysik-Schule Schwarze Löcher: Kap 1 Schwarzkörper-Strahlung 6.10.2006 Astroteilchenphysik-Schule Schwarze Löcher: Kap 1 Aufgabe für heute nachmittag: • Bitte zeigen Sie, dass für eine SchwarzkörperStrahlung die mittlere Entfernung der Photonen untereinander gerade etwa der mittleren Wellenlänge der Photonen entspricht, dass also für die Photonendichte in etwa gilt: n ≈ 1 / λmax3 [cm-3] 6.10.2006 Astroteilchenphysik-Schule Schwarze Löcher: Kap 1 80 60 50 Protonenzerfall? Sterne brennen aus 6.10.2006 Weisse Zwerge Vernichten Dunkle Materie 20 10 40 Astroteilchenphysik-Schule Schwarze Löcher: Kap 1 Schwarze Löcher zerstrahlen 70 Die unvorstellbare Zukunft 30 90
