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"Schwarze Löcher und ihre Theorien"

  • Fachrichtung:Physik
  • Studienfach:Astrophysik
  • Thema:
    Schwarze Löcher und ihre Theorien
  • Art der Arbeit:Essay
  • Seitenzahl:1,5
  • Einzigartigkeit:100%
Seminararbeit
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Schwarze Löcher und ihre Theorien

 

 

Nach der newtonschen Gravitationslehre ist die Fluchtgeschwindigkeit v eines Objekts O1 aus dem Gravitationsfeld eines massereichen Objekts O2 durch diesen Ausdruck gegeben:

wobei G die Gravitationskonstante darstellt, m die Masse von O2 und r der Abstand zwischen O1 und O2.

 

Aus dieser Gleichung entsteht die Überlegung, ob das massereiche Objekt O2 so verkleinert werden kann, dass bezüglich der Oberfläche von O2 die Fluchtgeschwindigkeit v größer ist als die des Lichts, also v > c. Dadurch gibt es kein Objekt O1 mit einem physikalischen Zustand, der es möglichen machen würde, der Oberfläche von O2 zu entkommen – nicht einmal das Licht. So ein Objekt O2 wird als schwarzes Loch bezeichnet, dessen Oberfläche als Ereignishorizont.

 

Im Erstellungsjahr dieser Arbeit gehen die Forscher davon aus, dass in fast allen Galaxien solche schwarzen Löcher existieren. Wie lässt sich diese Vermutung aber beweisen, wenn nicht einmal Licht so einem schwarzen Loch entfliehen kann? Dafür wird die Wechselwirkung zwischen einem schwarzen Loch und seiner Umgebung untersucht.

 

Neben einer kurzen historischen Einordnung werden zwei wichtige Aspekte studiert: Die Entstehung bzw. Klassen von schwarzen Löchern sowie die Effekte, welche diese auf ihre Umgebung ausüben.

 

Im zweiten Kapitel der Arbeit werden einige verschiedene Entstehungsmöglichkeiten schwarzer Löcher betrachtet, wie z. B.:

 

  • Massereiche Sterne, die min. einige Male schwerer sind als unsere Sonne, werden zum Ende ihres Lebens, d. h. wenn alle Ressourcen für die nukleare Fusion aufgebraucht sind, durch einen Gravitationskollaps zu schwarzen Löchern.

 

  • Fusion und Kollision von sehr dichten Objekten wie Neutronensternen, deren Durchmesser ca. 10-20 km beträgt und deren Masse von ca. 1.2-2 ms reicht, wobei ms die Masse der Sonne bezeichnet.

 

 

Solche schwarzen Löcher erreichen im Durchschnitt eine Masse, die drei- bis zehnmal so groß ist wie die der Sonne. Man nennt diese schwarzen Löcher auch stellare schwarze Löcher. In den Zentren von Galaxien finden sich stellare schwarze Löcher mit einer Masse, die millionenfach so groß ist wie die der Sonne.

 

Da schwarze Löcher kein Licht aus ihrem Ereignishorizont entfliehen lassen, lassen sich derartige Objekte nicht durch direkte Beobachtung identifizieren, sondern nur anhand ihrer Wechselwirkung mit der unmittelbaren Umgebung. Diese Wechselwirkung entsteht im Allgemeinen durch die große Masse, welche das Licht aus der Umgebung um diese Objekte herum krümmt. Diese Feststellung stammt aus der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie Einsteins, die im dritten Kapitel in einer kurzen Einführung vorgestellt wird, sodass die Theorie schwarzer Löcher genauer verstanden werden kann.

 

Im letzten Kapitel wird neben einer kurzen Zusammenfassung auch ein Ausblick in die aktuelle Forschung zur Aufspürung schwarzer Löcher gegeben, es wird z. B. das erste Foto eines schwarzen Lochs angefügt.

 

Quellen:

 

  • Hawking, S.: Eine kurze Geschichte der Zeit. Rowohlt Taschenbuch; Auflage: 31. Aufl.
  • Harrison, B.K./Thorne, K./Wakano, M./Wheeler, J.A.: Gravitation theory and gravitational collapse. The University of Chicago Pr., Chicago 1995.
  • Meschede, D.: Gerthsen Physik. Springer-Spektrum; Auflage: 25. Aufl. 2015.

 

  • Prialnik, D.: An introduction to the Theory of Stellar Structure and Evolution. University Press, Cambridge 2000.

 

  • Stahler, W./Palla, F.: The Formation of Star. Wiley-VCH, Weinheim 2004.
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