Im Zentrum unserer Milchstraßen-Galaxie befindet sich ein sogenanntes supermassereiches schwarzes Loch. Das wissen wir aus diversen Beobachtungen; zum Beispiel aus der Analyse der Sterne, die sich in der Nähe des Milchstraßenzentrums bewegen. Aus ihren Bahnen und der Geschwindigkeit mit der sie sich bewegen kann man berechnen, wie groß die Masse ist um die sich bewegen. Und aus der Größe der Sternbahnen weiß man, wie viel Raum diese Masse höchstens einnehmen kann. Aus Masse und Volumen folgt eine Dichte und die ist so enorm hoch, dass das einzige physikalisch bekannte Objekt mit diesen Eigenschaften nichts anderes ist, als ein schwarzes Loch. Das zentrale schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße heißt Sagittarius A* und ist 4 Millionen mal massereicher als unsere Sonne! Und auch die anderen Galaxien im Universum haben entsprechend große schwarze Löcher in ihren Zentren; teilweise mit noch sehr viel größeren Massen als Sagittarius A*.

Die Beobachtungen die die Existenz der supermassereichen schwarzen Löcher belegen, sind ziemlich einwandfrei (siehe zum Beispiel hier. Aber naturgemäß ist es schwer, ein schwarzes Loch direkt zu beobachten. Rein prinzipiell könnte es sich auch um etwas “anderes” halten; etwas, das uns so erscheint wie ein schwarzes Loch, aber kein schwarzes Loch ist.

Zum Beispiel ein Wurmloch! Diese Möglichkeit schlagen zumindest Zilong Li und Cosimo Bambi von der Fudan-Universität in Shanghai vor. Genau so wie schwarze Löcher sind Wurmlöcher eine mögliche Lösung der Einsteinschen Feldgleichungen aus der Allgemeinen Relativitätstheorie (siehe dazu hier und hier). Ein Wurmloch ist eine Verformung in der Raumzeit, bei der zwei eigentlich weit entfernte Bereiche über die “Abkürzung” des Wurmlochs verbunden sind.

In der Science-Fiction sind Wurmlöcher eine Standard-Zutat und tauchen immer gerne dann auf, wenn man mal eben das Problem mit der überlichtschnellen Raumfahrt lösen muss. In der Realität hat man bis jetzt allerdings keinerlei Hinweise auf die Existenz von Wurmlöchern gefunden. Ganz im Gegenteil; die aktuellen physikalischen Theorien deuten alle darauf hin, dass es so gut wie unmöglich ist, künstliche Wurmlöcher zu produzieren, die stabil genug wären, um tatsächlich mit einem Raumschiff durchfliegen zu können.

Aber Zilong und Bambi sprechen in ihrer Arbeit (“Distinguishing black holes and wormholes with orbiting hot spots”) auch nicht davon, Wurmlöcher zu basteln um von Stern zu Stern zu fliegen. Sie fragen sich, ob ein natürliches Wurmloch so erscheinen könnte wie ein schwarzes Loch und ob es möglich wäre, zwischen den beiden Locharten zu unterscheiden. Sie haben daher untersucht, wie sich sogenannte “Hot Spots” in der Nähe der Löcher verhalten.

Damit sind Gaswolken gemeint, die das Loch (welches auch immer) umkreisen und durch diese Bewegung aufgeheizt werden und leuchten. So etwas hat man beim schwarzen Loch im Zentrum unserer Milchstraße in der Vergangenheit schon beobachtet (siehe hier und hier):

Infrarotaufnahme von Material in der Nähe des zentralen schwarzen Lochs der Milchstraße Bild: NASA/DLR/USRA/DSI/FORCAST Team/Lau et al. 2013

Infrarotaufnahme von Material in der Nähe des zentralen schwarzen Lochs der Milchstraße (Bild: NASA/DLR/USRA/DSI/FORCAST Team/Lau et al. 2013)

Zilong und Bambi haben nun berechnet und am Computer simuliert, wie sich das Licht in unmittelbarer Nähe der Löcher bewegt. Die starken Gravitationskräfte beeinflussen ja auch die Ausbreitung des Lichts und damit das, was wir sehen können. Das Licht wird quasi “verschmiert” und wie stark das passiert, hängt von der Größe des Lochs ab. Die Größe dessen, was wir “schwarzes Loch” nennen, wird durch den Ereignishorizont definiert, also genau dem Abstand vom Zentrum des Lochs ab dem die Gravitationskraft so stark wird, das nichts mehr entkommen kann. Dieser Ereignishorizont ist keine physische Grenze; würde man sich im All befinden und den Horizont überschreiten, würde man nichts davon bemerken (erst wenn man wieder umdrehen und sich entfernen möchte, wird es kritisch…). Aber er definiert die “Größe” des schwarzen Lochs und ist um so größer, je massereicher das Loch ist.

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Kommentare (47)

  1. #1 Hermann
    Bremen
    16. Juni 2014

    Hallo.

    Du bist der Mann, der mir sagen kann, wofür das * bei Sagittarius A* steht, oder? Das folgt doch sicher einer strikten Nomenklatur?

    Schöne Grüße

    Hermann J.

  2. #2 Stiller Mitleser
    16. Juni 2014

    Frage:
    Ein Wurmloch ist ja eine Verbindung, dh. es müsste auch ein Gegenstück haben.
    Da die Dinger alles mögliche verschlucken müsste das also irgendwo wieder auftauchen. Sowas sollte man doch beobachten können, oder?

  3. #3 Florian Freistetter
    16. Juni 2014

    @Hermann: Ich nehme an, dass sich das “*” (das man tatsächlich “Stern” ausspricht) darauf bezieht, dass es sich hier um eine “sternförmige” Quelle in der Region von Sagittarius A handelt. Wo genau das her kommt, kann ich aber auch nicht sagen.

  4. #4 knorke
    16. Juni 2014

    Ich weiß, dass Wurmlöcher momentan eher theoretisch sind, aber ich wüsste gerne, wie sie in den Kontext des bisherigen Wissens eingebettet wären, wenn sie tatsächlich als “Kern” von Galaxien nachgewiesen würden: Wenn die Dinger beim Urknall mitentstanden sein sollten: Wie verhält sich dass denn theoretisch zueinander? Löst die Existenz von Wurmlöchern Probleme in der Formulierung der Big Bang Theorie, oder bringt diese schwarze Löcher quasi mit sich, oder wirft das eventuell ein völlig neues Licht auf die Galaxienentstehung wenn das Zentrum schon da ist, statt später erst zu entstehen?

  5. #5 SonnenKlar
    16. Juni 2014

    Wenn das stimmt, dann wäre das ganze Universum noch viel komplizierter aufgebaut, als ich es mir jetzt schon vorstelle. Das ist nicht negativ gemeint.
    Ich wäre aber schon mehr als leicht überrascht.

    Interessant wäre, was Stephen Hawking dazu sagen würde. Schwarze Löcher sind doch sein Lebenswerk, nicht wahr? Er hat sich doch sicher auch schonmal Gedanken darüber gemacht, ob sie den Raum nicht doch so weit krümmen könnten, daß er “durchbricht”.

    Eine merkwürdige Vorstellung. Aber nicht so merkwürdig, wie das Doppelspaltexperiment.

  6. #6 McPomm
    16. Juni 2014

    Du bist der Mann, der mir sagen kann, wofür das * bei Sagittarius A* steht, oder? Das folgt doch sicher einer strikten Nomenklatur?

    Das fand ich auch interessant und bin auf der englischen Wikipediaseite fündig geworden:

    http://en.wikipedia.org/wiki/Sagittarius_A*#History
    Sgr A* was discovered on February 13 and 15, 1974, by astronomers Bruce Balick and Robert Brown using the baseline interferometer of the National Radio Astronomy Observatory. The name Sgr A* was coined by Brown because the radio source was “exciting,” and excited states of atoms are denoted with asterisks., Ursprungsquelle, Fußnote 11: http://arxiv.org/abs/astro-ph/0305074

    Das heißt, ein gewisser Rober Brown fand, dass die erste Radioquelle (A) im Sternbild Schütze (Sagittarius) eine besonders ausgezeichnet gute ist (“exciting”). Und “angeregte Zustände von Atomen” (“exited”) werden wohl mit einem Sternchen gekennzeichnet.

  7. #7 McPomm
    16. Juni 2014

    Mist, dass man nicht editieren kann. Aber etwas anders ausgedrückt: die beiden Astronomen fanden das so aufregend (“exciting”), dass die Radioquelle so angeregt (“excited”) war.

  8. #8 Alderamin
    16. Juni 2014

    @Florian

    von GRAVITY habe ich bisher noch nie gehört, danke für den Link; muss mal recherchieren, wie das funktioniert und wie man optisch auf ein paar Mikro-Bogensekunden Auflösung kommen will (die Teleskope am Paranal sind dafür doch eigentlich zu nahe beieinander, es bräuchte ein paar km Basislänge für 5-10 µarcsec).

    Aber das Event Horizon Telescope, das im Radiobereich (Millimeterwellen) arbeitet und Teleskope auf der ganzen Welt nutzt, kommt in absehbarer Zeit auf die nötige Auflösung und hat schon Beobachtungen von Jets bis auf ein paar Schwarzschildradien an deren Quelle heran durchgeführt.

  9. #9 McPomm
    16. Juni 2014

    Nochmal ich: Im Arxiv.org-Dokument wird explizit im Kapitel 3 nochmal auf die Namensgebung eingegangen. Da ist zu lesen

    Eight years after the discovery, one of us (Brown) invented the name Sgr A∗ to distinguish the compact source from the other components in the galactic center and to emphasize the unique nature of this source.

    Nach der Entdeckung wurde diese Radioquelle untersucht und es wurden einige Dinge festgestellt, die nicht in die bisherigen Schemas passten. 8 Jahre und einge Namensvorschläge später hat dann einer der Entdecker (Brown) das Sternchen festgelegt, um die “einzigartige Natur der Quelle” hervorzuheben.

  10. #10 A_Steroid
    16. Juni 2014

    nur als Anmerkung: “Ein Wurmloch hat nun aber kleineren Ereignishorizont ” – da fehlt das Wort “einen” … Und wie immer ein klasse Artikel – fundiert aber locker und für einen SF-Leser (der gerade den aktuelle Band 275x einer Romanserie liest) immer wieder spannend. Schade, das man nicht mal da hinfliegen kann um zu sehen, wie sowas in “echt” aussieht.

  11. #11 Alderamin
    16. Juni 2014

    @myself, #8

    Laut ESO nutzt GRAVITY nur die Teleskope am Paranal bei 2,2 µm und will 10 µarcsec Auflösung erreichen. Mit der Auflösungsformel sin (Auflösung) = 1,22 Wellenlänge/Basislänge komme ich für 10 µarcsec auf eine nötige Basislänge von 55 km. Soo groß ist die Installation doch gar nicht?! *kopfkratz*

  12. #12 Florian Freistetter
    16. Juni 2014

    @McPomm: “Das heißt, ein gewisser Rober Brown fand, dass die erste Radioquelle (A) im Sternbild Schütze (Sagittarius) eine besonders ausgezeichnet gute ist (“exciting”). Und “angeregte Zustände von Atomen” (“exited”) werden wohl mit einem Sternchen gekennzeichnet.”

    Interessant! Danke für die Info. Ich dachte tatsächlich, das hätte was mit der Ausdehnung der Quelle zu tun.

  13. #13 frantischek
    16. Juni 2014

    Danke für den Artikel!
    Toll das du auf Wünsche eingehst. Und auch noch so schnell!
    😀

  14. #14 Newton
    16. Juni 2014

    @Stiller Mitleser
    Mal angenommen man würde beobachten wie etwas in ein WH hineinfliegt und dabei in einem Stück bleibt. Egal wo es heraus kommt. (Auch hier sei angenommen das Ding bleibt in einem Stück) Es müsste ja etwas sein was wieder zu erkennen ist z.B. eine Sonne. Je nach dem wo sie wieder auftaucht kann das Licht noch deutlich länger als die Existenz der Menschheit benötigen um zu uns zu gelangen und uns diese Beobachtung zu ermöglichen.
    Aber an sich hast Du ja Recht. Würde ein WH genau so funktionieren wie in SF hätte man eventuell auch mal etwas auftauchen sehen können.
    Aber ich glaube da sind zu viele wenns dran. Kann ein WH in beide Richtungen funktionieren? Warum sollte gerade eine Sonne dort hindurch fliegen?
    Viel schlimmer fände ich es wenn man tatsächlich beobachten würde wie etwas in das WH in unserem Milchstraßenzentrum hinein fliegt und z.b. im Kern einer anderen Galaxis wieder auftaucht. (Aktuell würde man dies wohl nicht nachweisen können)
    Aber nichtsdestotrotz wäre das eine spitzen Abkürzung die wir aber leider nie erreichen werden. (Nach aktuellem stand der Forschung)

  15. #15 SonnenKlar
    16. Juni 2014

    Wenn ein Wurmloch tatsächlich zwei Stellen im Universum verbinden würde, dann wäre doch im “Zentrum” immernoch eine Singularität, oder nicht?

    Ich denke nicht, daß es so zu verstehen ist, wie in der Science Fiction; daß man nämlich am “anderen Ende” herauskommen kann. Vielmehr dürfte man auf der Oberfläche der Singularität aufprallen nachdem man durch die Gravitation zerrissen wird.

    Ist das falsch?

    Bisher hatte ich auch gedacht, der Aufbau einer Galaxie wäre im Prinzip so zu verstehen, wie ein Sonnensystem, nur halt viel größer: alles dreht sich um das supermassive schwarze Loch in der Mitte. Ist das auch falsch?

  16. #16 Hermann
    16. Juni 2014

    Vielen Dank @McPomm; ich dachte, es sei eine besondere astronomische Bezeichnung und fand keine Beschreibung. Ich dachte tatsächlich, es könne auch sowas wie Aries F* geben…

  17. #17 thomas ahrendt
    16. Juni 2014

    Was wäre wenn im galaktischen Zentrum ein Grava oder Holostern ist?

  18. #18 sax
    16. Juni 2014

    Dieser Ereignishorizont ist keine physische Grenze; würde man sich im All befinden und den Horizont überschreiten, würde man nichts davon bemerken (erst wenn man wieder umdrehen und sich entfernen möchte, wird es kritisch…).

    Ist nicht gerade das auch ein Gegenstand aktueller Forschung oder hat sich das mit den Firewalls schon wieder erledigt?
    http://www.pro-physik.de/details/news/5406261/Durch_die_Feuerwand_ins_schwarze_Loch.html

  19. #19 bikerdet
    16. Juni 2014

    Wurmlöcher, ursprünglich ‘Einstein-Rosen-Brücke’ genannt, sind nicht einfach nur Löcher. Einstein und Rosen sagten voraus, das die Möglichkeit bestehe das zwei ‘Schwarze Löcher’ durch die Krümmung des Raumes miteinander verbunden seien. Natürlich erzeugt nicht jedes SL ein Wurmloch. Nur die ‘Zentrum-SL’ sind massereich genug. Dementsprechend müßten die Wurmlöcher also Galaxien miteinander verbinden.
    Es stellt sich nun die Frage, besitzen die Wurmlöcher nur EINE Singularität, oder Zwei die dann Masse austauschen bzw. vom Partner ‘klauen’.
    Da wir über die Physik hinter dem Ereignishorizont gar nichts sagen können, wäre ein weiteres beschleunigen des Raumfahrzeuges (wie in der SF) weder zu beweisen, noch zu widerlegen. Diese Beschleunigung auf Über-Lichtgeschwindigkeit (gemessen am Normal-Universum) wäre aber notwendig, um den Ereignishorizont auf der ‘anderen Seite’ zu überwinden. Da natürliche Objekte diese Möglichkeit nicht haben, werden sie das Wurmloch auch nicht verlassen können. Es wäre also extrem unwahrschenlich, das eine Sonne aus einem Wurmloch entflieht. Schließlich müßte ein ‘natürliches Objekt’ ja auch im Ganzen in das SL / WL hineingelangen. Da diese Objekte aber nicht auf geradem Wege in das Loch fallen können, werden sie von den Gezeitenkräften zerrissen.
    Leider wird man also erst dann wissen, ob es sich um ein Wurmloch oder ein Schwarzes Loch handelt, wenn man bereits drinnen ist. Bis es aber möglich ist (falls es überhaupt geht) ein Raumschiff im Ganzen durch den Ereignishorizont zu bringen dauert es noch etwas …

  20. #20 kalli
    16. Juni 2014

    ein Wurmloch ist per Def. eine Abkürzung zwischen 2 getrennten Regionen unseres Universums, ( manchmal auch zu einem “anderen ” Universum) mittels passender Raumkrümmung. Brian Greene sagt, ein Wurmloch ist eine neue Raumregion,diesich mit dem gewöhnlichen vertrauten Raum nur an ihren Enden verbindet, und Kip.Thorne sagt unumwunden, ein Wurmloch geht durch einen “Hyperraum”
    Alles nur journalistische Ausdrücke für eine vierte Raumdimension
    .

  21. #21 Matthias
    16. Juni 2014

    “würde man sich im All befinden und den Horizont überschreiten, würde man nichts davon bemerken”

    Selbst wenn man die “Firewall” mal außer Acht lässt:

    Wenn der Ereignishorizont überschritten wird gibt es doch keinen Weg zurück mehr. Wenn also z.B. mein Arm den Ereignishorizont passieren würde, könnten keine Nerven- oder sonstigen Signale mehr zum Körper außerhalb des Horzizonts zurückgelangen. Oder noch weiter: Die Atome außerhalb könnten doch auch nicht mehr an Atome innerhalb gebunden sein.
    So gesehen müsste man es doch auf jeden Fall merken, wenn man den Ereignishorizont passiert. Dürfte ziemlich unangenehm sein…
    Habe ich einen Denkfehler gemacht?

    Viele Grüße

  22. #22 haarigertroll
    16. Juni 2014

    Etwas OT, aber es gibt tatsächlich den perfekten Soundtrack zu diesem Thema: Wedard – Black Hole Sagittarius Alpha http://youtu.be/n4vFTN16bw8

  23. #23 Thomas Rosin
    Berlin
    16. Juni 2014

    bei diesem Thema /Danke!) habe ich mir noch einmal auf Youtube die kurze 3 min-Version von
    Tracking Stars Orbiting the Milky Way’s Central Black Hole [720p]:
    https://www.youtube.com/watch?v=duoHtJpo4GY
    angesehen und mir auch noch einmal die Kernaussage des 1-h Videos von
    Black Holes and Galaxies: Professor Reinhard Genzel at ANU, July 2009:
    https://www.youtube.com/watch?v=ZDxFjq-scvU
    angesehen. Es ist immer wieder faszinierend!

  24. #24 McPomm
    17. Juni 2014

    Wenn man sich, wie ich jetzt anlässlich dieses Artikels, mal ein wenig mehr mit dem Zentrum der Galaxis beschäftigt (eig. rumgoogelt), findet man, dass es da Einiges gibt, was da Interessantes untersucht wird. Außer Sgr A* besteht die Radioquelle “Sgr A” noch aus zwei anderen Komponenten: Sgr A-West und Sgr A-Ost. Ost ist wahrscheinlich eine Wolke von einem Supernova-Überrest. Und West drei andere Wolken, die Richtung A* fallen.

    Und dann scheinen sich auch übermäßig viele Neutronensterne inkl. Pulsare und insbes. Magnetare um A* herum zu befinden. Zumindest führt man die gelegentlichen Röntgen- und Gammastrahlenausbrüche auf Magnetare zurück. In der Nähe des A* hat man letztes Jahr einen extrem starken Magnetar entdeckt, aufgrund dessen man auf die Idee gekommen ist, dass möglicherweise diese starken Magnetfelder in Verbindung mit dem vom A*-Loch die Ursache sind, dass unser Zentrumsloch so wenig Aktivität zeigt (weil sie Materieakkretion irgendwie verhindern). Man hofft, dass man noch Magentare findet, die noch dichter am Zentrumsloch sind (das vom letzten Jahr hat mindestens 500 Jahre Umlaufzeit), um noch besser die eigenartige Inaktivität erklären zu können. Und man könnte durch einen solchen Magnetar oder Pulsar wohl auch wieder mal die allg. Relativitätstheorie testen: Bei Annäherung an das Schwarze Loch sollten sich die Pulsationsperioden verlängern, weil die Zeit scheinbar langsamer abläuft.

    Um diese Gaswolke, die dieses Jahr in der Nähe des Loches zerrissen werden sollte, hat sich übrigens mittlerweile die Theorie entwickelt, dass sie an einen Stern gebunden sein könnte und sich daher wohl nicht “zerreißt”.

    Es bleibt wirklich spannend, was man in den nächsten Jahren noch so alles im Galaxiszentrum herausfinden wird.

  25. #25 frantischek
    17. Juni 2014

    In einem anderen Artikel zu dem Thema steht folgendes:

    Wormholes themselves come in many different flavors; some deal with time travel and inter-universe traversing, but the kind most people are familiar with would theoretically allow you to take a shortcut between two distant points in space. The Li and Bambi are working with a type of primordial wormhole that resembles the traditional black hole in structure.

    Kann mir wer sagen was so ein primordiales Wurmloch für Eigenschaften hat/haben sollte?
    Ich versteh das ja so das es sich dabei um einen Raumzeiteffekt handelt der OHNE schwarze Löcher entsteht.
    Sollte so ein Wurmloch also zwei Raumregionen miteinander verbinden, zwei verschiedene Zeiten oder zwei verschiedene Universen?
    Und könnten solche Wurmlöcher aufgrund ihrer Entstehungsart (von welcher ich nicht sicher bin sie richtig verstanden zu haben) mehr als zwei Enden haben?

    Wer kennt sich aus?

  26. #26 Thomas Rosin
    17. Juni 2014

    zu#22, haarigertroll: ich finde da passt besser die Filmmusik von John Barry zu dem Film “Black Hole” : https://www.youtube.com/watch?v=Dvvq2PsgyHA
    (Wedard klingt wie ein Rammsteinverschnitt von “Ohne Dich”)

  27. #27 rauskucker
    17. Juni 2014

    Ich spekuliere mal wieder etwas herum:

    wenn die Wurmlöcher von “Anfang” an da waren, waren sie im “Vorläuferuniversum” auch schon da. Sie verbinden also alle aufeinanderfolgenden Universen miteinander, wobei sie mit jedem “Durchlauf” aber etwas größer werden.

    Ich denke, daß sie nicht paarweise miteinander verbunden sind, sondern alle miteinander, in irgendeiner uns unverständlichen Dimension.

    Und dann meine ich ja bekanntlich, daß es einen direkten Zusammenhang gibt zwischen den Zentralen Schwarzen Löchern – oder meinetwegen Wurmlöchern – und der sog. “Dunklen Materie”. Vielleicht war diese ja auch schon von Anfang an da und hat vom Urknall an die Strukturbildung der Galaxien bestimmt. Die Wabenstruktur wäre dann die gleiche wie in dem Universum, dessen Kollaps unseren Urknall bewirkt hat. Da wo wir jetzt sind, war dort auch eine Galaxie, allerdings nicht aus derselben Materie.

    Könnte es eigentlich sein, daß die Zentralen Schwarzen Löcher aus “Dunkler Materie” bestehen? Wie ließe sich das feststellen?

  28. #28 Florian Freistetter
    17. Juni 2014

    @rauskucker: “Könnte es eigentlich sein, daß die Zentralen Schwarzen Löcher aus “Dunkler Materie” bestehen? Wie ließe sich das feststellen?”

    Gar nicht, weils nicht sein kann. Nur weil “dunkel” und “schwarz” ähnlich klingen, gibts da keine Verbindung. Dunkle Materie klumpt nicht, d.h. kann keine dichten Objekte wie ein schwarzes Loch bilden. Dunkle Materie interagiert überhaupt nicht mit Licht und ist eigentlich “unsichtbar” nicht dunkel.

  29. #29 sax
    17. Juni 2014

    @rauskucker

    mag sein das ich mich irre, aber wenn ich es recht verstanden habe, ist es völlig egal welche Art von Materie in dem schwarzen Loch ist, zumindest wenn das “no hair theorem” zutrifft:
    http://en.wikipedia.org/wiki/No-hair_theorem
    verliert Materie wenn sie ins schwarze Loch gerät die Eigenschaften die man hier draußen von ihr kennt, egal ob Leptonen, Boson oder sonst irgendwas, auch dunkle Materie, wenn ins schwarze Loch gerät wird alles gleich. Von daher ist die Frage aus welcher Art vom Materie das schwarze Loch besteht nicht Sinnvoll.

    zu dem Rest deines Posts:
    Feynman würde sagen, super Gedankenspiel, mach eine Theorie drauß. So wie du das schreibst ist das reine Spekulation, wenn du sagen könntest warum das so sein soll, was man beobachten könnte wenn es stimmt, was man auf keinen Fall passieren sollte wenn es stimmt, dann kommen wir dahin das es eine verifizierbare und, fast noch wichtiger, ggf. faslsifisierbare Theorie ist, die man prüfen kann.

    So aber …

    Warum z.B. denkst du das die Wurmlöcher alle miteinander verbunden sind? Weil es eine schöne Vorstellung ist oder weil es Daten gibt die darauf hin deuten?

  30. #30 Andreas Müller
    München
    18. Juni 2014

    @Florian

    Natürlich klumpt Dunkle Materie. Sie unterliegt ja der gravitativen Wechselwirkung, die anziehend ist.

    Das zeigen ja sowohl Beobachtungen der großräumigen Struktur, als auch die Simulationen wie der Millennium Run oder – ganz aktuell – Illustris, siehe z.B. die filamentartige Struktur der großräumigen Verteilung der Dunklen Materie hier (linke Spalte): http://www.illustris-project.org/static/illustris/media/illustris_box_z0124_4panel.png

    Aber weil Dunkle Materie nicht elektromagnetisch wechselwirkt (sondern nur gravitativ und – wie die Neutrinos – schwach), sind die Kühlprozesse ganz anders, als bei normalem interstellaren Gas oder Molekülen.

    Gruß, Andreas

  31. #31 Florian Freistetter
    18. Juni 2014

    @Andreas Müller: “Aber weil Dunkle Materie nicht elektromagnetisch wechselwirkt (sondern nur gravitativ und – wie die Neutrinos – schwach), sind die Kühlprozesse ganz anders, als bei normalem interstellaren Gas oder Molekülen.”

    Das stimmt natürlich (und habe ich in diversen Artikeln auch schon so beschrieben). Aber es ging ja jetzt in der Antwort darum, ob DM kompakte Objekte wie schwarze Löcher bilden kann und das tut sie mWn nicht…

  32. #32 Alderamin
    18. Juni 2014

    @Andreas Müller

    Natürlich klumpt Dunkle Materie.

    Aber sie kann doch nicht unelastisch stoßen und Bewegungsenergie als Strahlung loswerden (allenfalls bei Annihilation, aber dann sind sie fort). D.h. die Teilchen werden beim gravitativen Kollaps zwangsläufig schneller und schwirren nur als Wolke um ihr Massenzentrum herum, wie die Sterne in einem Kugelsternhaufen. Ein Zusammensacken der Wolke wäre nur möglich, indem die schnellsten Teilchen der Wolke entfliehen und sie analog zu einem Verdunstungsprozess abkühlt.

    So kommt man natürlich nicht auf die Dichte, die es für ein Schwarzes Loch benötigt, um die es in der Frage ging.

    Oder sehe ich das falsch?

  33. #33 sax
    18. Juni 2014

    @Aldemarin

    falls ich es nicht falsch sehe siehst du es falsch 😉

    Es gibt natürlich Stöße bei denen ein Wechsewirkungsboson sozusagewn dovonfliegt,
    bei der EM Wechselwirkung wäre es ein Photon (makroskopisch dann EM Strahlung), bei der schwachen Wechselwirkung die Vektorbosonen. Darüber können die Teilchen der DM auch Energie “loswerden”, aber nur wenig.

    Selbst wenn das nicht klappt kann immer noch Energie über Gravitationswellen abgestrahlt werden.

  34. #34 Alderamin
    18. Juni 2014

    @sax

    Hmm, ok. Ist nur die Frage, ob solche Wechselwirkungen dominant bei der Kontraktion der DM sind, denn schwache Wechselwirkung hat nur eine kurze Reichweite und Gravitationstrahlung ist ziemlich schwach. Ich tippe mal darauf, dass Verdunstungsprozesse überwiegen sollten.

    Vielleicht kann Andreas Müller noch etwas mehr dazu sagen, der ist ja Experte.

  35. #35 Andreas Müller
    München
    18. Juni 2014

    Zur Wechselwirkung Dunkler Materie:
    Nichtbaryonische Dunkle Materie, wie sie derzeit im kosmologischen Standardmodell favorisiert wird, wechselwirkt nur gravitativ und schwach. Die schwache Wechselwirkung hat (aufgrund der hohen Massen der Wechselwirkungsteilchen, der W- und Z-Bosonen) eine sehr geringe Reichweite in der Größenordnung 10^-15 Zentimeter. Deshalb ist der Wirkungsquerschnitt, also die Wahrscheinlichkeit für ein “schwaches Wechselwirkungsereignis”, wahnsinnig klein – deutlich wahrscheinlicher ist es, dass ein Physiker eine Frau findet. 🙂
    Im Alltag bedingt die schwache Wechselwirkung eine Form der natürlichen Radioaktivität, nämlich den Betazerfall. Neutrinos wechselwirken ebenfalls nur schwach und gravitativ (aber sie haben eine winzige Masse). Diese Wechselwirkung ist so schwach, dass unser Daumennagel pro Sekunde von 60 Mrd. Sonnenneutrinos durchlöchert wird, ohne dass dabei etwas passiert! (Dabei sind die Neutrinos anderer kosmischer Quellen gar nicht berücksichtigt!)

    Dunkle-Materie-Teilchen, sollte es sie wirklich geben, unterliegen auch der schwachen Wechselwirkung. Die meisten dieser Teilchen fliegen also wie die Neutrinos durch die Gegend, ohne dass ein Wechselwirkungsereignis geschieht. Dennoch ist der Wirkungsquerschnitt zwar sehr winzig, aber endlich, so dass in sehr seltenen Fällen doch eine Reaktion stattfindet. Man könnte es vergleichen mit einer Fliege, die man fünfzig Meter Entfernung mit einem Luftgewehr treffen möchte: sehr unwahrscheinlich, aber in sehr seltenen Fällen trifft man doch.
    So kann ein Dunkle-Materie-Teilchen einen Atomkern treffen, wie eine Billardkugel stoßen und Energie auf den Atomkern übertragen. Auf diese Weise wird das Medium, in dem sich der Atomkern befindet, aufgeheizt. Die makroskopisch gemessene Temperatur ist ja ein Maß für die Durchschnittsgeschwindigkeit der Teilchen im Material.
    Auf diesem Messprinzip basieren Detektoren für Dunkle Materie wie CRESST im Gran-Sasso-Untergrundlabor. Eine Art Thermoskanne wird extrem abgekühlt, um eine winzige Temperaturerhöhung im Innern zu messen. Die Messung ist nur extrem kompliziert, weil andere Teilchen (Neutronen, aus Radioaktivität und kosmischer Strahlung) ähnliche Stöße machen. Ziel ist es, sie von Dunkle-Materie-Teilchen überzeugend zu unterscheiden.

    Zum Innern Schwarzer Löcher:
    Keiner weiß, woraus die Masse eines Schwarzen Loches besteht. Wenn wir Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie Glauben schenken, dann ist die Quelle der Gravitation eine Krümmungssingularität bei Radius null, also eine Punktmasse ohne Zusammensetzung! Der Rest der Raumzeit eines Schwarzen Loches ist nämlich leer (die rechte Seite der Einsteinschen Feldgleichung ist null: T = 0). Ich sage immer: “Ein Schwarzes Loch ist Masse ohne Materie.”, weil wir nichts über die Zusammensetzung sagen können.

    Die spannende Frage ist ja, was passiert, wenn wir Materie immer weiter verdichten: Bei einer Dichte von einer Mrd. Gramm pro Kubikzentimeter (ein spielwürfelgroßer Klumpen davon wiegt 1000 Tonnen!) neutronisiert Materie, d.h. “die Elektronen werden in den Atomkern gepresst” (inverser Betazerfall). Verdichten wir noch weiter, dann bricht sogar der Verbund des Neutrons auf, und es entsteht eine “Quarksuppe”. Denn bei einer Dichte von einer Billiarde Gramm pro Kubikzentimeter (ein spielwürfelgroßer Klumpen davon wiegt eine Mrd. Tonnen!) bildet sich das Quark-Gluon-Plasma (QGP). Diesen extrem dichten und exotischen Materiezustand schaffen vermutlich nicht einmal die Neutronensterne in ihrem Innern, aber 2004 hat man das QGP am Teilchenbeschleuniger RHIC in den USA in einem winzigen Raumpunkt für sehr kurze Zeit hergestellt. Am LHC schafft man das auch, indem man nicht Protonen, sondern Bleiionen miteinander kollidieren lässt. Das QGP am LHC erforscht man mit dem Experiment ALICE.

    Die Masse aller kosmischen Schwarzen Löcher zusammen wird im Budget der Kosmologie übrigens der baryonischen Materie zugerechnet und nicht der Dunklen Materie – auch wenn es “dunkle Massen” sind.

    Bildet Dunkle Materie Schwarze Löcher?
    Gegenfrage: Warum nicht? Die “Klumpungsphysik” Dunkler Materie ist sicherlich eine andere als bei normaler Materie; aber die kosmologischen Beobachtungen und Simulationen wie der Millennium Run zeigen, dass es extrem dichte Konzentrationen Dunkler Materie gibt. Quantitativ passt es auch gut, denn die Massen der größten Dunklen-Materie-Konzentrationen bringen rund zehn Mrd. Sonnenmassen auf die Waage, genau die Größenordnung der schwersten supermassereichen Schwarze Löcher wie in M87, der Zentralgalaxie im Virgo-Haufen.

    Wie bildet sich ein Schwarzes Loch aus gewöhnlicher Materie?
    Um ein Schwarzes Loch zu erzeugen, muss die Materieansammlung ja “nur” ihren Schwarzschildradius unterschreiten. Aber wer oder was kann schon so stark quetschen? Eine Kaffeetasse müsste kleiner gequetscht werden, als ein Atomkern; die Erdkugel müsste Murmelgröße haben; ein Stern wie die Sonne müsste auf Großstadtgröße gepresst werden.

    Die Kerne massereicher Sterne (ab ca. acht Sonnenmassen) können zu Schwarzen Löchern werden, weil die Kernfusion beim Element Eisen endet und dann der Gravitationskollaps einsetzt. Der Entartungsdruck der Neutronen kann bis zu einer Masse von zwei (vielleicht auch bis zu maximal drei) Sonnenmassen noch der Gravitation Paroli bieten. Wird der Klumpen aber schwerer, bildet sich ein Schwarzes Loch, weil nichts der Gravitation entgegentreten kann.

    Kandidaten für Dunkle-Materie-Teilchen:
    Neutralinos sind hypothetische Dunkle-Materie-Teilchen in einem supersymmetrischen Modell. Sie sind die leichtesten, supersymmetrischen Teilchen und wären daher stabil. Neutralinos gehören (neben WIMP und Axion) zu den besten Kandidaten für Dunkle-Materie-Teilchen. Sie haben halbzahligen Spin und unterliegen daher auch dem Pauli-Prinzip. Ein Neutralino-Klumpen erzeugt daher bei Verdichtung auch einen Entartungsdruck. Mit Fermionenball-Modellen kann man grob abschätzen, welche Grenzmasse man überschreiten muss, damit auch der Neutralino-Klumpen zu einem Schwarzen Loch wird.
    CRESST hat ein rätselhaftes Signal gemessen, das – interpretiert man es als Dunkle-Materie-Teilchen – für eines mit einer Masse von 100 GeV sprechen würde. Dieses Dunkle-Materie-Teilchen wäre also hundertmal schwerer als ein Proton.
    Abschließend lässt sich sagen, dass es bislang gibt es aber keine überzeugende Evidenz für Dunkle-Materie-Teilchen (und auch nicht für die Supersymmetrie) gibt. Die Experimente widersprechen sich sogar zum Teil.

    Die ultimative Frage
    Wenn also Dunkle Materie und gewöhnliche Materie Schwarze Löcher bilden ist die Frage, was mit den Teilchen im Kollaps passiert. Wird alles soweit zerlegt, dass wir auf einem elementaren Teilchenniveau ankommen, siehe Quark-Gluon-Plasma?
    Oder verliert sogar Materie ihre Natur und nur die Eigenschaft Masse überlebt – etwas, was die Relativitätstheorie vorhersagt?
    Eine Lösung liegt meines Erachtens in einem gelungenen Übergang der klassischen, nicht quantisierten Einsteinschen Gravitation in eine Quantengravitation (Stichwort dazu auch: Informationsverlust). Deshalb sind Diskussionen wie die vor wenigen Monaten öffentlich geführten um das Firewall-Modell (nach Polchinski), bei der sich auch Hawking zu Wort meldete, so wichtig. Schwarze Löcher entpuppen sich hierbei als wichtige Studienobjekte, um die Grenzen der Fundamentalphysik aufzuzeigen und deren mögliche Erweiterungen aufzuzeigen.

    Sorry, ich musste etwas weiter ausholen und der Beitrag ist länger geworden, als geplant.

    Gruß, Andreas

  36. #36 Florian Freistetter
    18. Juni 2014

    @Andreas: Danke für den Beitrag. Gibts denn eigentlich irgendwelche Beobachtungshinweise auf kompakte Objekte aus dunkler Materie oder ist das nur etwas, dass die derzeitigen Theorien zulassen?

  37. #37 sax
    18. Juni 2014

    @Andreas,

    danke das du dir die Zeit genommen hast das so ausführlich zu erklären, ich fand es sehr aufschlußreich.

  38. #38 Andreas Müller
    München
    18. Juni 2014

    @Florian
    Wie gesagt, passen die größten Massen kompakter Objekte gut zu den Dunkle-Materie-Simulationen wie beim Millennium Run.

    Über eine interessante Spekulation hatte ich mal vor ein paar Jahren gebloggt, nämlich dass “Dunkle Sterne” durch Dunkle Materie im Innern ihre gigantischen Leuchtkräfte speisen:

    http://www.scilogs.de/einsteins-kosmos/erste-sterne-dunkle-sterne/

    Bisher gibt es natürlich keine Hinweise auf solche Dunklen Sterne in den Beobachtungen.

    Der nächste Schritt in der Erforschung Dunkler Materie müsste sein, dass man die vielen Experimente zur direkten Suche (CRESST, CoGeNT, DAMA, XENON100, EDELWEISS etc.) auf einen Nenner bringt.

    Gruß, Andreas

  39. #39 Alderamin
    18. Juni 2014

    @Andreas Müller

    Vielen Dank für den interessanten Post, hab’ viel gelernt. Darfst gerne öfters hier reinschauen 🙂 Und ich in Deinen Scilogs-blog 🙂 🙂

  40. #40 Andreas Müller
    München
    18. Juni 2014

    @sax und @Alderamin
    Danke für die Blumen. Freut mich.

    Leider komme ich kaum noch zum Bloggen und Kommentieren, aber gebe gerne hier und da meinen Senf dazu. 😉

    Gruß, Andreas

  41. #41 Alderamin
    18. Juni 2014

    @Andreas Müller

    Ich mag Senf, besonders, wenn er schön scharf ist 😆

  42. #42 Florian Freistetter
    18. Juni 2014

    @Andreas: “aber gebe gerne hier und da meinen Senf dazu.”

    Ich würde dir ja auch anbieten, einen Gastartikel zum Thema “Kompakte DM-Objekte” zu schreiben, weil mich das Thema enorm interessiert, aber ich da definitiv kein Experte bin. Aber falls du mal die Zeit findest, in deinem eigenen Blog darüber zu schreiben, bin ich natürlich auch glücklich 😉

  43. #43 Andreas Müller
    München
    18. Juni 2014

    @Florian
    Danke für die Anregung. Schaun mer ma, wie man hier in Bayern sagt. Hab da gerade soviel anderes in der Pipeline…

    Im Prinzip kann man zum Thema kompakte Objekte schon vieles selbst abschätzen, indem man mit den Modellen für Bosonen- und Fermionenbällen spielt und für die Teilchen andere Spezies einsetzt.

    Im Prinzip ist das ja eine Verallgemeinerung des alten Oppenheimer-Volkoff-Modells für Neutronensterne. Der Knackpunkt dabei ist, was man für die Wechselwirkung der Spezies annimmt. Oppenheimer und Volkoff macht sich in den 1930er-Jahren das Leben hier leicht und nahmen gar keine Wechselwirkung zwischen den Neutronen an (“ideale Neutronenflüssigkeit”). Wie sich zeigte, kann man damit nicht die beobachteten Neutronensterne beschreiben (die Grenzmasse liegt bei Oppenheimer und Volkoff bei nur 0,7 Sonnenmassen – beobachtet werden aber auch schwerere Neutronensterne). Auch heute diskutiert man ja Beimischungen von Kaonen oder Hyperonen im Innern von Neutronensternen, kommt aber aufgrund der astronomischen Beobachtungen und der aktuellen Maximalmasse von zwei Sonnenmassen für Neutronensternen von exotischen Beimischungen ab. Offenbar bestehen Neutronensterne tatsächlich fast nur aus Neutronen.

    In der Literatur könnte man mal über Neutralino- oder Axion-Sterne recherchieren. Dazu habe ich keine Referenz parat, aber da sollte es etwas geben.

    Gruß, Andreas

  44. #44 Hägar
    18. Juni 2014

    …lese ich Andreas Müllers aus dem Ärmel geschüttelten Kommentar (oder Alderamin oder FF) komme ich mir unsagbar dumm vor … Vielen Dank! Also, nein, war ein mächtig guter Kommentar!

    Was ich kann sind Filmzitate…
    “Zombi Li und Cosmos Bambi finden ein Wurmloch in Sag A*” kling für mich wie “Hanni und Nanni schlachten ein Reh (Nazi-Horror-Porno)” von Studio Braun.

    Aber meine ernstgemeinte Frage: ich habe nicht verstanden, WARUM hat “ein Wurmloch nun aber einen kleineren Ereignishorizont als ein entsprechendes schwarzes Loch” … ?
    Und vielleicht könnte noch jemand die Frage von #4 Knorke beantworten – das tät mich auch interessieren, was würde das lösen, wenns Wurmlöcher anstatt supermassereicher Schwarzer Löcher wären?
    lg an all die Andis, Aldis und EffEfs!

  45. #45 Hägar
    18. Juni 2014

    @#41/42/43
    ..ich wusste nicht dass so etwas wie “kompakte dunkelmaterielle Objekte” überhaupt angedacht sind…
    …bitte, schreib mal jemand was dazu!
    …Andy…?

    …aber bestimmt kann uns Florian zumindest das zu Grunde (zugrunde?) liegende Konzept zugänglich machen! (?)
    Ich bin sicher!

  46. #46 Hägar
    19. Juni 2014

    bzgl. “Kompakte DM-Objekte” – müssten die nicht die sichtbaren (baryonischen) Objekte durcheinander würfeln und so ihre Existenz verraten?

  47. #47 frantischek
    20. Juni 2014

    @hägar:

    was würde das lösen, wenns Wurmlöcher anstatt supermassereicher Schwarzer Löcher wären?

    Zumindest das kann ich beantworten:

    Das Problem, das man nicht weiss wie sich supermassereiche Schwarze Löcher bereits kurz nach dem Urknall gebildet haben können, würde damit gelöst.
    Man findet nämlich auch bei den jüngsten (am weitesten entfernten/stärksten rotverschobenen) Galaxien welche.
    Und nach den bisherigen Theorien dürften hätten die damals nicht genug Zeit gehabt so groß zu werden.

    Die Würmlöcher wären aber während des Big Bangs entstanden und während der inflationären Expansion mitgewachsen.

    Damit wäre ein großes Rätsel gelöst, wenns denn so wäre…