Urknall

Albert Einstein Allgemeine Relativitätstheorie

(1915)

Edwin Hubble:„Universum expandiert“

Heutiges Weltbild

Galaxien

Abb. 1: Spektrum des weißen Lichtes

Abb. 2: Spektrum von Helium

Abb 3: Spektrum von Kohlenstoff

Spektrallinien

Beobachtungen: Rotverschiebung bei ALLEN Galaxien

das Universum expandiert

Edwin Hubble:„Universum expandiert“

v= H0d

v - Radialgeschw.

H0- Hubble-Parameter

d - Entfernung der Gal.

Hubble-Gesetz

infrarote Aufnahme von Sternen u. Galaxien(ca 50 – 100 Lichtjahre entfernt)

2. November 2005

Licht von ersten Sternen im Universum(ca 13 Mrd Jahre alt)

2. November 2005

10-430

PLANCK- Ära

Zeit, sec

Temperatur: 1032 Kelvin

Dichte: 1092 g/cm³

Temperatur:

Dichte:

Singularität

10-430

PLANCK- Ära

Zeit, sec

Temperatur: 1032 Kelvin

Dichte: 1092 g/cm³

Temperatur:

Dichte:

Singularität

10-430

PLANCK- Ära

Zeit, secQuantenvakuum

Teilchen und Antiteilchen

10-430

PLANCK- Ära

Zeit, secQuantenvakuum

Teilchen und Antiteilchen

Casimir-Effekt(1948)

0

Zeit

Was war vorher?

primordiales Quantenvakuumprimordial: ursprünglich, am Anfang stehend

beliebig viele Dimensionen

spontane Symmetriebrechung

10 Dimensionen

Urknall

4 Dimensionen

(Quantenvakuumfluktuation)

10-430

Zeit, sec

10-36

Urkraft

Gravitation

GUT-Kraft

Starke Wechselwirkung(Kernkraft)

Schwache Wechselwirk.

10-12

Elektromag. Kraft

GUT = Grand Unified Theory

Entstehung von Kräften

3 Min0

Zeit

400.000 Jahre

H, 3He, 4He

P l a s m a

Materie: - ionisiert- ans Strahlungfeld gekoppelt

Entstehung von Elementen

Entkopplung der Strahlung

Gleich geht‘s weiter...

Boris Levin

Schwarze LöcherSchwarze LöcherSchwarze LöcherSchwarze Löcher

GliederungGliederung

• Einsteins Relativitätstheorie

• Der Tod eines Sterns

• Verschiedene Typen von schwarzen Löchern

• Der Ereignishorizont (Schwarzschild-Radius)

• Wie kann man schwarze Löcher sehen?

• Raumkrümmung und die Zeit bei einem schwarzen Loch

• Einsteins Relativitätstheorie

• Der Tod eines Sterns

• Verschiedene Typen von schwarzen Löchern

• Der Ereignishorizont (Schwarzschild-Radius)

• Wie kann man schwarze Löcher sehen?

• Raumkrümmung und die Zeit bei einem schwarzen Loch

Einsteins Relativitätstheorie Einsteins Relativitätstheorie

•Je schneller sich ein Körper bewegt, desto langsamer vergeht für ihn die Zeit

•Raum und Zeit kommen nicht getrennt vor, sondern zusammen als Raum-Zeit

Gravitation = Krümmung der Raumzeit

Raumzeit - Krümmung

Einsteins Relativitätstheorie Einsteins Relativitätstheorie

Beweis der Raumzeit-Krümmung durch Ablenkung von Lichtstrahlen bei der Sonne

Der Tod eines Sterns Der Tod eines Sterns

Weiße Zwergesehr klein, deshalb geringe Leuchtkraft trotz hoher Temperatur

•Masse: ähnlich der Masse unserer Sonne

•Dichte: 1 Tonne pro Kubikzentimeter

•Temperatur: ca. 25.000 °C

•Radius: ca. 20.000 km

•Stabil unter 1,4 Sonnenmassen:

Entartungsdruck Gravitationskraft

NeutronensterneElektronen und Protonen fusionieren beim

Gravitationskollaps zu Neutronen:

Stern ist stabil durch die sehr hohe Dichte des Kerns

•Masse: großer 1,4 und kleiner 3,2 Sonnenmassen

•Dichte: 1Mrd. Tonnen pro Kubikzentimeter

•Radius: ca. 10 km

(Stellare) Schwarze Löcher

Entstehen wie ein Neutronenstern, nur dass

der Stern nie aufhört zu kollabieren

•Masse: mehr als 3,2 Sonnenmassen

•Dicht: unendlich groß, da der Stern immer weiter zusammenfällt

•Radius: wenige Kilometer

Illustration:

Schwarzes Loch in einem Doppelsternsystem, durch die hohe Gravitation fließt Gas zum Schwarzen Loch

Typen von Schwarzen Löcher

1. Supermassive Schwarze Löcher

- im Zentrum von Galaxien

- Milliardenfache Masse unserer Sonne

- Größe unseres Sonnensystems

2. Stellare Schwarze Löcher

- Überrest eines toten Sterns

3. Winzige primordiale (urzeitliche) Schwarze Löcher

- Gewicht: einige Milliarden Tonnen

- Durchmesser kleiner als ein Atomkern

- verschlucken fast keine Materie

- existieren bisher nur in der Theorie

Supermassives Schwarzes Loch

Der Ereignishorizont

(Schwarzschild-Radius)Radius um ein Schwarzes Loch, an dem die

Fluchtgeschwindigkeit = der Lichtgeschwindigkeit ist.

Materie, die in diesem Radius gerät, müsste

schneller als Licht sein um zu entkommen.

Ein Schwarzes Loch hat keine feste

Oberfläche, nur diesen Schwarzschild-Radius

Der Ereignishorizont (Schwarzschild-Radius)

Entweichgeschwindigkeit : v=√(2•G•M/r)

(v: Entweichgeschwindigkeit,

G: Gravitationskonstante, M: Masse, r: Radius)

•Sonnenradius: 700.000 km

•Entweichgeschwindigkeit an der

Sonnenoberfläche: 617 km/s

Schwarzschild-Radius: Rs=2•G•M/c²

•Schwarzschild-Radius der Sonne: 2,9 km

Wie kann man Schwarze Löcher sehen?

Anhaltspunkte durch in das Schwarze Loch fallende Objekte:

1. Sie gehen in eine Umlaufbahn um das Schwarze Loch2. Sie senden Licht und kurzwellige Strahlung aus3. Akkretionsscheiben

Wie kann man Schwarze Löcher sehen?

Das von einer Galaxie abgestrahlte Licht trifft auf das Schwarze Loch. Das Licht, das sehr nahe auf das Schwarze Loch trifft, wird „verschluckt“. Das restliche wird durch die Raumkrümmung verzerrt.

Die Raumkrümmung bei einem Schwarzem Loch

Da ein Schwarzes Loch eine unbegrenzt hohe Dichte hat, wird die Raumzeit so stark zugespitzt, dass sie „zerreißt“.

Dieses Loh der Raumzeit nennt man Singularität

Die Zeit bei einem Schwarzem Loch

In der Nähe großer Massen vergeht die Zeit langsamer

Hypothese der Zeitdilatation

1960: experimentell bestätigt

Da im Schwarzem Loch unendlich hohe Masse konzentriert ist, gibt es dort keine Zeit!

Quellenangaben:

Relativitätstheorie: •http://www.quarks.de/ „Die Relativitätstheorie - einfach erklärt“ •http://www.yourbestman.de/000/bnice/wurml/sl3.htm •http://lexikon.astronomie.info/Einstein/Einstein.html Der Tod eines Sterns: •http://www.bnv- bamberg.de/home/ba4616/gkastro/gkastro30.htm •http://members.aol.com/aunkelbach/schulcd/physik/ster ne.htm Weiße Zwerge: •http://www.br-online.de/wissen- bildung/thema/sonne/riesen.shtml •http://www.jgiesen.de/astro/stars/schwarzesLoch.htm •http://www.astro-web.de/vhs/sterne/wzwerge.html Neutronensterne: •http://www.jgiesen.de/astro/stars/schwarzesLoch.htmSchwarze Löcher: •http://www.quarks.de/relativ/05.htm •http://www.astro-web.de/vhs/sterne/schwarzloch.html •http://www.astris.de/astronomie/schwarze%20loecher/s chwarze_loecher.html •http://www.mpia-hd.mpg.de/suw/suw/SuW/BR- alpha/AC008-SchwarzeLoecher/AC008-356.html •http://www.zum.de/Faecher/A/Sa/STERNE/schw_loech er.htm •http://olsnsrv.cs.uni-magdeburg.de/OLSN/Schulen/OvG- Gym-MD/andib/tbrueck.htm •http://www.wissen.de/ Stichwort „Schwarzes Loch“ •http://www.yourbestman.de/000/bnice/wurml/sl.htm •Raumkrümmung: http://www.blue- cosmos.de/themen/gravitation/gravitation.html •http://www.myuniversum.de/Astronomie/Stellarastronom ie/Lebenszyklus/Schwarzes_Loch/schwarzes_loch.html