Schwarze Löcher in den Kernen von Galaxien
Werbung
Schwarze Löcher in den Kernen von Galaxien Von Michael Fiedler Inhalt • Geschichte der Schwarzen Löcher (SL) • Grundlagen • Beobachtungsmethoden NGC4258 Andromeda Galaxie M 31 (NGC 224) Sgr A* im Milchstraßenzentrum • Alternative Theorien • Heutiger Stand der Wissenschaft 2 Geschichte • 1784 John Michell: Schwarzer Stern • 1905 Einstein: Informationsvernichtung • 1916 Einstein: Schwarzes Loch • 1916 Karl Schwarzschild: Schwarzschildradius 2GM M RS ~ 2,95 km 2 c M • 1963 Roy Kerr: Rotierende SL 3 Schwarzschildradius • Schwarzschildradien von: Sonne: 2,95km R Erde: RErde = 6378km 9mm = 7x105km SL mit 3,7x106 M : 1,09*107km ~ 0,1AE SL mit 3,5x107 M : 1x108km ~ 1AE 4 Erste „Entdeckungen“ • 1963: Quasare • Leuchtkräfte bis zu 100 x Leuchtkraft aller Sterne in Galaxie a beste Erklärung mit SL Theorie 5 Charakteristika eines SL • Nur 3 Charakteristische Eigenschaften zeichnen ein SL aus (SL haben keine Haare) 1. Masse 2. Spin 3. Ladung (wird meistens durch das umgebende Plasma aufgehoben) Es reicht Masse und Spin zu bestimmen um ein SL zu beschreiben 6 Beobachtungsmethoden Bei einer Kreisbahn um das SL: n r 4 r n P M 2 G GP 2G 2 2 3 3 Geschwindigkeit n Periode P Radius r Gravitationskonstante G Newtonnäherung für genügend große r. Es reicht 2 von 3 Unbekannten: n, P oder r zu messen um M abzuschätzen 7 Akkretionsscheibe • Kleinste stabile Umlaufbahn (RISCO) (Innermost stable circular orbit) • Wenn r ≥ RISCO Umlaufbahn stabil gegen kleine Störungen • Wenn r < RISCO nicht stabil: Gas fällt ins Loch • Rin = RISCO , Rin innere Rand der Akkretionsscheibe 8 Kleinste stabile Umlaufbahn Maximal rotierendes SL: RISCO GM 2 1RG c RISCO 9GM 2 9 RG c SL Spin || zur Umlaufbahn RG Gravitationsradius SL Spin anti || zur Umlaufbahn Ruhendes SL RISCO 6GM 2 3RS c 9 Maser • Maser aus Gaswolken Starke Emissionslinien leichte Messung der Rotverschiebung Bestimmen der Geschwindigkeit der Wolke • Mit guter Winkelauflösung kann man auch r bestimmen M kann abgeschätzt werden. 10 NGC 4258 http://www.inastars.de/m106.htm 11 10 SL in NGC 4258 • H2O Wolken Masern Emissionslinie =1,36 cm • Kepler Geschwindigkeitsprofil (nr-1/2) • Rin=0,13pc ~ 104 AE Dunkle Masse M=3,5x107 M • Sehr starke Hinweise auf ein SL 12 NGC 4258 http://www.oulu.fi/astronomy/astrophysics/pr/head.html 13 Geschwindigkeitsdispersion Geschwindigkeitsdispersion = Wenn stark ansteigt für r 0 großes M innerhalb r 14 http://hubblesite.org Andromeda Galaxie M31 (NGC 224) 15 Kern von M31 • Doppelkern • Alte Messungen: SL in leuchtschwächeren Teil (P2) • Neue Beobachtung: 3. Bereich in P2 vermutete SL in P3 16 Kern von M31 Dispersionsmessungen: P3 :=1183201 km s-1 alte Messungen: =250 km s-1 M=1,4x108 M 17 Milchstraßenzentrum http://chandra.harvard.edu/photo/2003/0203long/ http://www.solstation.com/x-objects/sag2dwf.jpg 18 SL in Milchstraße 19 Sgr A* Perizentrum v=5000 kms-1 ~8*v beim Apozentrum Umlaufzeit 15,2 a a=5,5 ld (3,70,2)x106 M innerhalb von r=17 lh Perizentrum Radius: 100RS von SL 3x106 M 20 Sgr A* • v zur galaktischen Ebene von Sgr A* : -0.4 ± 0.9km s-1 ~ 0 km • Radiowellenmessungen im mm Bereich weisen auf: rSgr A*~27RS von SL mit M=3,7x106 ⇒ Alles weißt auf ein SL hin 21 Alternative Theorien zu SL Haufen von dunklen Objekten • Braune Zwerge • Weiße Zwerge • Neutronen Sterne • SL mit wenigen M 22 Alternative Theorien zu SL Einige können nicht ausgeschlossen werden Mini SLs • NGC 4258: M<0,04 M • Sgr A* : M<0,005 M 10-8 ≤ M ≤ 0,03 M ausgeschlossen Ansammlung von Bosonen Beides sehr unwahrscheinlich aber nicht ausgeschlossen 23 Heutiger Stand der Wissenschaft M-Sigma Beziehung • Feste Beziehung zwischen M und • SL hat ~ 0.13% MBulge • Keine SL – Scheiben Beziehung 24 M-Sigma Beziehung 3 Theorien 1. SL wuchsen vor der Entstehung von Galaxien und beeinflussten diese dann 2. Samen SL waren vorher da und wuchsen mit den Galaxien 3. SL akkretierte Masse aus der fertigen Galaxie Beobachtungen sagen nicht aus welche richtig sind 25 Sternenbewegung: Strahlung der heißen Akkretionsscheibe: Maser: 26 Zusammenfassung • Skepsis Beobachtung allgemein anerkannt • Andere Theorien nicht auszuschließen, sind aber höchst unwahrscheinlich • Verständnis wichtig für Galaxienentwicklung • In Zukunft bessere Instrumente und Techniken Genauere Modelle von SL 27 Literaturverzeichnis • • • • • • • • Begelman, Rees: „Schwarze Löcher im Kosmos“ New Journal of Physics, 7:199, 2005 The Astrophysical Journal, 494:L181–L184, 1998 The Astrophysical Journal, 631:280–300, 2005 arXiv:astro-ph/0105230, 14 May 2001 Nature, 419 : 694-696, 2002 Nature, 373 : 127-29, 1995 Annual Revue Astronomy and Astrophysics 1995 33:581-624 Kormendy, Richstone • Sky & Telescope, July 2006:41-46 28 Weitere Literatur zum Thema • Annual Revue Astronomy and Astrophysics 2001, 39:309-352 Melia, Falke • Nature, 425:934-937 2003 29
