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

Geschichte 1784 John Michell: Schwarzer Stern 1905 Einstein: Informationsvernichtung 1916 Einstein: Schwarzes Loch 1916 Karl Schwarzschild: Schwarzschildradius 1963 Roy Kerr: Rotierende SL

Schwarzschildradius Schwarzschildradien von: Sonne: 2,95km  R = 7x105km Erde: 9mm  RErde = 6378km SL mit 3,7x106 M : 1,09*107km ~ 0,1AE SL mit 3,5x107 M : 1x108km ~ 1AE

Erste „Entdeckungen“ 1963: Quasare Leuchtkräfte bis zu 100 x Leuchtkraft aller Sterne in Galaxie a beste Erklärung mit SL Theorie

Charakteristika eines SL Nur 3 Charakteristische Eigenschaften zeichnen ein SL aus (SL haben keine Haare) Masse Spin Ladung (wird meistens durch das umgebende Plasma aufgehoben) Es reicht Masse und Spin zu bestimmen um ein SL zu beschreiben

Beobachtungsmethoden Bei einer Kreisbahn um das SL: Newtonnäherung für genügend große r. Es reicht 2 von 3 Unbekannten: n, P oder r zu messen um M abzuschätzen Geschwindigkeit n Periode P Radius r Gravitationskonstante G

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

Kleinste stabile Umlaufbahn Maximal rotierendes SL: Ruhendes SL SL Spin || zur Umlaufbahn RG Gravitationsradius SL Spin anti || zur Umlaufbahn

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.

NGC 4258 10 http://www.inastars.de/m106.htm

SL in NGC 4258 H2O Wolken Masern Emissionslinie =1,36 cm Kepler Geschwindigkeitsprofil (r-1/2) Rin=0,13pc ~ 104 AE Dunkle Masse M=3,5x107 M Sehr starke Hinweise auf ein SL 10^8 Dichte Sagr A* 10^6 Dichte M87

NGC 4258 13 http://www.oulu.fi/astronomy/astrophysics/pr/head.html

Geschwindigkeitsdispersion Wenn  stark ansteigt für r  0 großes M innerhalb r 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

Kern von M31 Dispersionsmessungen: P3 :=1183201 km s-1 alte Messungen: =250 km s-1 M=1,4x108 M

Milchstraßenzentrum http://chandra.harvard.edu/photo/2003/0203long/ 18 http://www.solstation.com/x-objects/sag2dwf.jpg 18

SL in Milchstraße

Sgr A* Perizentrum v=5000 kms-1 ~8*v beim Apozentrum Umlaufzeit 15,2 a a=5,5 ld (3,70,2)x106 M innerhalb von r=17 lh Perizentrum Radius: 100RS von SL 3x106 M

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

Alternative Theorien zu SL Haufen von dunklen Objekten Braune Zwerge Weiße Zwerge Neutronen Sterne SL mit wenigen M

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

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 SL wuchsen vor der Entstehung von Galaxien und beeinflussten diese dann Samen SL waren vorher da und wuchsen mit den Galaxien SL akkretierte Masse aus der fertigen Galaxie Beobachtungen sagen nicht aus welche richtig sind

Sternenbewegung: Strahlung der heißen Akkretionsscheibe: Maser:

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

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

Weitere Literatur zum Thema Annual Revue Astronomy and Astrophysics 2001, 39:309-352 Melia, Falke Nature, 425:934-937 2003