Das Schwarze Loch

Fach Fach

Klasse 13

Autor Eminasazic

Veröffentlicht am 29.09.2018

Schlagwörter

Schwarze Löcher

Zusammenfassung

Dieses Referat behandelt das Thema Schwarze Löcher. In der Astronomie ist das Schwarze Loch der Name für ein Objekt, dessen Gravitationsfeld so stark ist, dass keine Form von Materie oder Strahlung aus ihm entweichen kann.

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Zu Schwarzen Löchern gehören auch Lichtbeben, die in der Natur die höchste Geschwindigkeit haben und das Objekt als schwarz beobachten kann (daher der Name). Die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt das Schwarze Loch als einen Ort, an dem die Raumzeit unendlich gekrümmt ist. Das Schwarze Loch ist ein neues Datum. Der amerikanische Wissenschaftler Jason Viler prägte ihn 1969 als grafische Beschreibung einer Idee, die mindestens zweihundert Jahre alt ist. Diese Idee ist inspiriert von der Zeit, als es zwei Lichttheorien gab. Einer von ihnen fühlt, dass das Licht eine korpuskulare Natur hat und dass die Schwerkraft darauf wirkt. Wir wissen jedoch heute, dass beide Theorien genau sind und, dass Licht eine doppelte Natur hat, dh sowohl Wellen als auch Teilchen. Schwarze Löcher sind Objekte mit einem Gravitationsfeld, das so stark ist, dass keine Materie oder Strahlung aus ihm austreten kann. Selbst die Lichtbeben, die in der Natur als die höchste Geschwindigkeit gelten, können ihrer starken Gravitationskraft nicht entkommen, weshalb sie schwarz ist (und ihr Name ist auch ein schwarzes Loch).
Die Allgemeine Relativitätstheorie wird als ein Ort beschrieben, an dem die Raumzeit unendlich gekrümmt ist.

Geschichte des Begriffs
Ausgehend von der Annahme, dass im Lichte der Schwerkraft wirkt, Professor vom Cambridge John Mitchells veröffentlichten 1783 Werk, in dem er darauf hinwies, dass der Stern ausreichend massiv und kompakt ein solche hatte starkes Gravitationsfeld, dass es das Licht nicht entkommen kann. Er dachte, es gäbe viele solcher Sterne. Obwohl wir sie nicht sehen konnten, konnten wir ihre Schwerkraft spüren. Eine ähnliche Idee kam einige Jahre später von dem französischen Wissenschaftler Laplas. Er hat in seinen Werken darauf hingewiesen, dass nur wenig über die Natur des Lichts in die Lage bekannt ist, anzunehmen, dass ihre Schwerkraft funktioniert und das ist nicht ganz in Ort, um die Helligkeit mit Kanonenkugeln in Newtons Theorie der Schwerkraft wegen der Geschwindigkeit des Lichts entzerren konstant ist. Die Theorie, die erklärt, wie die Gravitation das Licht beeinflusst, erschien 1915, als Eisenstein seine allgemeine Relativitätstheorie veröffentlichte. Es wird jedoch noch lange dauern, bis das Konzept der Schwarzen Löcher vollständig angenommen ist. Karl Schwarzschild, ein paar Monate später, entschied sich, Einsteinschen Feldgleichungen der Gravitation zu nutzen, was zu einem besseren Verständnis von Schwarzen Löchern und den starken Einfluss der Einsteinschen Gleichungen in der Kosmologie führte. Es ist interessant festzustellen, dass diese Gleichungen auf der Vorderseite gelöst wurden und die Lösungen per Post nach Eisenstein geschickt wurden. Er starb jedoch bald an der Krankheit, die er während des Krieges erlitten hatte. Dann war bereits bekannt, dass die Schwarzen Löcher tatsächlich die letzte Stufe der Sternentwicklung darstellten, die genug massive Masse hatten.
1928 errechnete der junge Padma Subramanian Candrasekar aus Indien, wie stark der Sternkern massiv sein müsste, um der eigenen Schwerkraft entgegenzuwirken, wenn er seinen Brennstoff verbraucht, also nicht zu einem Schwarzen Loch wird. Chandrasekar berechnete, dass diese Grenze 1,4 Sonnenmassen beträgt und heute als Candrasekar-Grenze bekannt ist. Artur Edington konfrontierte Candrasekar mit dem Glauben, dass der Kern “irgendwie” sicher dem Kollaps widerstehen würde,und war einigermaßen korrekt, weil er mit einem Kern zwischen 1,5 und 2 Sonnen betrachtete, der aufgrund des Prinzips des Ausschlusses zwischen Protonen und Neutronen dem Gravitationskollaps standhalten konnte - Kern und solche Sterne heißen Neutronensterne. Aber Sterne mit einem Kern von Masse über 2 Sonnen können nicht zusammenbrechen und sie werden schwarze Löcher.

Schaffung von Schwarzen Löchern
Um zu verstehen, wie ein schwarzes Loch gebildet werden kann, ist es notwendig, den Lebenszyklus eines Sterns kennenzulernen. Der Stern wird gebildet, wenn eine große Menge Gas unter dem Einfluss seiner eigenen Anziehungskraft zu kollabieren beginnt. Wenn das Gas koalesziert, kollidieren seine Atome mit zunehmender Geschwindigkeit, was zur Vergasung führt. Schließlich wird das Gas so heiß, dass sich die Wasserstoffatome während der Kollision nicht mehr abstoßen, sondern auf die Bildung von Helium reagieren. Die dabei freigesetzte Wärme, die einer kontrollierten Explosion einer Wasserstoffbombe ähnelt, führt zur Sternaussaat. Diese zusätzliche Wärme erhöht auch den Gasdruck, bis er hoch genug ist, um der Anziehungskraft entgegenzuwirken, die seine weitere Kompression stoppt. Die Situation ähnelt in etwa der des Ballons - es besteht ein Gleichgewicht zwischen dem Druck der inneren Luft, die den Ballon weiter auszudehnen versucht, und der Spannung des Reifens, der versucht, den Ballon zu verkleinern. Der Stern behält einen sehr lang anhaltenden Zustand bei, mit einer warmen Kernreaktion im Gleichgewicht mit der Anziehungskraft der Schwerkraft. Schließlich wird der Stern jedoch die Wasserversorgung und andere Kernbrennstoffe vergeuden. Paradoxerweise hat ein Stern am Anfang seiner Ära mehr Brennstoff, er wird ihn schneller tragen, weil er mehr inneren Druck benötigt, um seiner Schwerkraft zu widerstehen, und für höheren Druck wird eine höhere Temperatur benötigt was durch höheren Kraftstoffverbrauch erreicht wird. Unsere Sonne hat genug Treibstoff für die nächsten 5 Milliarden Jahre, aber die mächtigeren Sterne können ihren Treibstoff für nur einhundert Millionen Jahre ausgeben.

Sobald der Stern seinen Wasserstoff-Brennstoff verbraucht, kühlt er ab und der Innendruck fällt ab, so dass er unter dem Einfluss der Anziehungskraft zu einem Säbel wird. Während der Kern des Säbels, breitet sich der Wickelkern aus. Aufgrund der Kompression ist der Kern so heiß, dass er eine weitere Kernreaktion beginnt, bei der das Helium in Kohlenstoff übergeht. Die Strecke der Umhüllung erstreckte sich von zehn bis hundert Mal, und die Sternenfarbe wirde rot. Diese Sterne werden rote Pistolen genannt, ihre Temperatur wird auf etwa 2.300 K gesenkt (während die Temperatur unserer “gelben” Sonne etwa 5.760 K beträgt). Der rote Riese wird beibehalten, bis alle Heliumreserven erschöpft sind, wonach die Schwerkraft wieder abgenutzt wird und der Stern wieder zu einem Säbel wird und die Sternenmaterie sehr dicht wird. Wenn die Masse unter Kandrasekarove Grenzen kommt (1,5 Sonnenmassen), beginnt er ein Schwarzes Loch zu formen.