THEMA: Gravitation , schwarzes Loch -> Stern | Zwillingsparadoxon

Hiho, ich habe mir vor kurzem recht viele Videos zum Thema Supernova, sowie schwarze Löcher (SL) angesehen und stelle mir nun die Fragen:
Es gibt ja den netten Begriff des Spaghettieffektes, wenn ich in ein schwarzes Loch mit den Füßen voran hineinfallen würde.

Was wäre wenn, ein kleineres schwarzes Loch und ein sehr großer Stern umeinander tanzen?

vor dem Schwarzschildradius
A: Der Stern hat eine riesige Anziehungskraft und das SL würde dieser eventuell unterlegen sein und könnte Theoretisch von der Sonne geschluckt werden. Der Stern würde den Inneren Kern des SL durch die enorme Energie auseinanderreißen, wodurch das SL dieser nicht mehr gefährlich werden könnte.

vor dem Schwarzschildradius
B: Das gleichgewicht des Sterns würde durch die enormen Gravitationskräfte des SL gestört werden, wodurch wesentlich mehr Energie aus dem Stern austreten würde und den Stern weiter destabilisiert, bis er durch seine eigene Anziehungskraft Implodiert, sich erhitzt und auseinander gerissen wird.

hinter dem Schwarzschildradius
C: Das SL (egal wie klein) würde den Stern verschlingen und sie im Schwarzschildradius auseinander reißen.

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Zum Zwillingsparadoxon, habe ich eigl nur eine recht stumpfe Frage.

Ist der Prozess des Abbremsens der Moment wo durch die "negativbeschleunigung" die "Zeitreise rückgängig gemacht wird?

Beispiel:
Zwilling 1 und Uhr 1 Starten mit Lichtgeschwindigkeit 3 Lj von uns entfernt 0 Jahre alt und 0 Sekunden
Zwilling 2 und Uhr 2 warten auf der Erde

Nun fliegt Zwilling 1 Los und beide Uhren fangen an zu laufen
Zwilling 1 würde ja nun nach 3 Jahren ankommen und Zwilling 2 wäre ja wesentlich älter, oder ist in diesem Fall die "negative Beschläunigung" diesen effekt negieren?

Danke für die spannenden Antworten.

LG Martin

Zwilling 1 kann nur mit fast Lichtgeschwindigkeit reisen, Lichtgeschwindigkeit kann er nie erreichen.

Da er beim Flug zu einem 3 Lj entfernten Stern zweimal beschleunigt (einmal beschleunigen und einmal abbremsen) und quasi in unser Inertialsystem abbremst (die Relativgeschwindigkeiten zweier Nachbarsterne sind nicht relativistisch), schlägt hier das Zwillingsparadoxon zu und der bewegte Zwilling ist jünger.

Nehmen wir einen Stern mit 100 Sonnenmassen und ein stellares Schwarzes Loch mit 3 Sonnenmassen.

1. Fall: Sie umkreisen sich in größerem Abstand.

Dann wird bis zu einem Roten Riesen Stadium des Sterns nichts passieren. Dann wird das SL beginnen, Materie des Sterns aufzusaugen. Am Ende wird der Stern selbst zu einem Schwarzen Loch. Beide SLs werden sich weiter umkreisen, bis es nach langer Zeit durch die Gravitationswellenabstrahlung zu immer engeren Bahnen und schließlich zu einer Kollision kommt.


2. Fall: Sie umkreisen sich in geringem Abstand.

In dem Fall wird das SL Material vom Stern zu sich herüberziehen und auf Kosten des Sterns selbst größer. Dies wird sich beim Erreichen des Rote Riesen Stadiums des Sterns dann deutlich verstärken. Ich denke, dass am Ende ein SL übrig bleibt.


3. Fall: Das SL fliegt direkt auf den Stern zu.

In dem Fall erwarte ich, dass der Stern das nicht überlebt und ein deulich größeres SL übrig bleibt.

Hey danke ClausS, ich hatte schon die hoffnung, dass ein Stern in bestimten situationen mehr macht hat als ein Sl
Gibt es denn überhaupt eine Möglichkeit, das ein Sl ausgelöscht wird, außer durch ein weiteres Sl?

Letztendlich würde es bedeuten, dass irgendwann jedes Materialteilchen ausschließlich in Sl existieren. Zum schluss verschlingen sich Sl gegenseitig und eventuell gibt es zum schluss im Zentrum des Universum ein einiziges riesiges SL, diese hat dann eventuell eine solche Masse, dass es die ausbreitung des Universum beeinflusst und 30 mrd Jahre später könnte das Universum vllt in sich verschlungen werden bis es neu startet.

Wer weiß ^^

MartinTheorie schrieb: und eventuell gibt es zum schluss im Zentrum des Universum ein einiziges riesiges SL

Wenn du an ein Zentrum des Universums glaubst, und dass ein schwarzes Loch auch Material von hinter dem kosmischen Horizont aufsaugen kann, dann hättest du den Faden in den alternativen Weltbildern eröffnen, oder vorher einen von den vielen anderen Fäden zum Thema lesen sollen.

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MartinTheorie schrieb: Hey danke ClausS, ich hatte schon die hoffnung, dass ein Stern in bestimten situationen mehr macht hat als ein Sl
Gibt es denn überhaupt eine Möglichkeit, das ein Sl ausgelöscht wird, außer durch ein weiteres Sl?

Der Stern verliert in jedem Fall, weil der größte Teil der Materie aus der er besteht immer näher am Schwartschildradius des SL ist als die des SL am Schwarzschildradius des Sterns. Der Stern kann also dem SL nichts wegnehmen, aber umgekehrt geht das und dadurch wird das SL schwerer und der Prozess beschleunigt sich.

Ein SL mit ähnlicher Masse wie der Stern wird ab einem gewissen Punkt (bei geringstem Abstand und damit größter Geschwindigkeit) soviel Masse auf einmal vom Stern abziehen,, dass es aufgrund der Beschleunigung in eine deutlich "höhere" Umlaufbahn gerät oder sich gar selbst aus einer solchen schleudert. Der Stern könnte je nach Typ auf verschiedene Weise kollabieren, muss er aber nicht.
Ist der Stern wesentlich schwerer als das SL, wird der Stern von der Gravitation des SL nicht viel spüren, bis das SL (sein Schwarzschildradius) seine Oberfläche berührt. In dem Moment aber wird seine Materie mit Lichtgeschwindigkeit in das (wachsende) SL gezogen.

Yukterez schrieb: Wenn du an ein Zentrum des Universums glaubst, ...

Naja rein logisch betrachtet gab es einen Punk -> Urknall und von da aus expandierte das Universum, nun solange hinter dem Punkt keine wand war, die das Universum auf einer Seite einschränkt., würde das doch relativ gleichbleibend zu jeder richtung hin wachsen.
Deshalb ja es wird wohl einen Mittelpunkt, ein Zentrum des Universums geben. Es ist nur unbestimmbar solange man nicht die wirkliche "Grenze" des Universums kennt.

@DeltaTee danke für die gute Erklärung.

Dann frage ich mich nur was für Videos du gesehen hast dass du trotzdem an das plain wrong cartoon image of the big bang glaubst. Die von Harald Lesch und Josef Gaßner können's jedenfalls nicht gewesen sein, denn denen würde vermutlich gleich der Kragen platzen wenn sie so was lesen würden.

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DeltaTee schrieb: Der Stern verliert in jedem Fall, weil der größte Teil der Materie aus der er besteht immer näher am Schwartschildradius des SL ist als die des SL am Schwarzschildradius des Sterns. Der Stern kann also dem SL nichts wegnehmen, aber umgekehrt geht das und dadurch wird das SL schwerer und der Prozess beschleunigt sich.

Ein SL mit ähnlicher Masse wie der Stern wird ab einem gewissen Punkt (bei geringstem Abstand und damit größter Geschwindigkeit) soviel Masse auf einmal vom Stern abziehen,, dass es aufgrund der Beschleunigung in eine deutlich "höhere" Umlaufbahn gerät oder sich gar selbst aus einer solchen schleudert. Der Stern könnte je nach Typ auf verschiedene Weise kollabieren, muss er aber nicht.
Ist der Stern wesentlich schwerer als das SL, wird der Stern von der Gravitation des SL nicht viel spüren, bis das SL (sein Schwarzschildradius) seine Oberfläche berührt. In dem Moment aber wird seine Materie mit Lichtgeschwindigkeit in das (wachsende) SL gezogen.

Leider ist an dieser Begründung nicht viel richtig.

Materieabzug ist abhängig von Kräften, nicht von Ereignishorizonten.

Das SL wird duch Materieabzug nicht auf höhere Bahnen geschleudert.

ClausS schrieb: Leider ist an dieser Begründung nicht viel richtig.

Materieabzug ist abhängig von Kräften, nicht von Ereignishorizonten.

OK, setzen wir mal EH= Schwarzschildradius, das macht das Schreiben auch leichter.
Der EH beschreibt die Entfernung zu Massezentrum, an dem die Fluchtgeschwindigkeit größer als die Lichtgeschwindigkeit wird. Den Radius also von dem keine Masse mehr entkommen kann. Oder eben den Radius, an dem die größte für uns vorstellbare Gravitation wirkt.
Für einen Stern liegt dieser Radius innerhalb seiner Materie, für das SL nicht. Also selbst wenn das SL in den Stern eindringt, ist die Kraft, mit der es an der Materie des Sterns zieht immernoch größer, als die mit der der Stern daran zieht. Dem Stern wird es nicht gelingen, außerhalb seines eigenen Schwarzschildradius eine stärkere Gravitation aufzubringen als die des SL.
Das Wachsen des SL durch den Masseabzug, bewirkt eine Vergrößerung seines EH und eine Verkleinerung des Schwarzschildradius des Sterns. Weiterhin befindet sich keine Materie des SL außerhalb seines EH, sondern nur welche vom Stern, der mit einer schwächeren Gravitation daran festhält, als die, mit der das SL daran zieht.
Der EH ist bei gleicher Masse theoretisch gleich groß. (Beim Stern spielt aber auch die Masseverteilung noch eine Rolle, denn er ist ja kein SL das alle seine Masse im Massezentrum hat.)
Bei einem SL von 7 Sonnenmassen etwa 20,7 km
Ein Stern dieser Masse wäre unabhängig vom Typ deutlich größer, hätte also auf die Materie außerhalb dieses Radius' eine deutlich schwächere, weil mit dem Quadrat des Radius abnehmende Gravitationswirkung.
Achernar mit 6,7 Sonnenmassen kommt mir da in den Sinn, mit einem Durchmesser von rund 5.077.000 km kein Vergleich mit den 20,7 km des SL

Das Problem des Sterns bleibt weiterhin, dass er keine Materie vom SL bekommen kann, während das SL vom Stern "stehlen" kann. Die Begründung liegt weder in den Kräften noch im EH sondern schlicht in der Masseverteilung/Dichte, die bei beiden enorm unterschiedlich ist. Die größere Dichte gewinnt.

Das SL wird duch Materieabzug nicht auf höhere Bahnen geschleudert.

Wenn beide in etwa gleich schwer sind, ist das sogar der wahrscheinlichste Fall.
Durch die Verringerung der Masse des Sterns wird die Gravitationskraft, mit der er auf das SL wirkt kleiner.
Gerät diese abgezogenen Materie in den EH des SL wird dessen Masse größer. Das SL befindet sich auf eine elliptischen Bahn um den Stern und ist zum Zeitpunkt der geringsten Entfernung am stärksten beschleunigt. Gewinnt es zu diesem Zeitpunkt Masse hinzu, vergrößert sich entsprechend die Zentrifugalkraft, der die Gravitation des erleichterten Sterns weniger entgegenzusetzen hat. Das SL gerät aus dem Focus der Ellipsenbahn des Sterns.
Gleichzeitig zieht aber das nun schwerere SL stärker an dem Stern, der somit aus dem Focus der Ellipsenbahn des SL geworfen wird.
Beide Objekte geraten aus dem Focus der Bahn des jeweils anderen und das zum Zeitpunkt größter Beschleunigung (oder kurz darauf)
Wenn die Menge der bei einem Umlauf ausgetauschten Masse ein kritisches Maß erreicht, wird die Wirkung der Kräfte ähnlich wie bei zwei Schlittschuhläufern, die aufeinander zu fahren, sich bei den Händen nehmen und in verschiedene Richtung katapultieren. Beide schleudern einander aus ihren Bahnen.

Es ist auch denkbar dass das überbleibende schwarze Loch in eine Richtung davongeschleudert wird die nicht der Summe des Impulses der beiden Ursprungsmassen entspricht, da Gravitationswellen unter gewissen Umständen auch asymmetrisch oder sogar in eine Richtung fokussiert abgestrahlt werden können, was dann zu einem Rückstoß führt:

  arXiv:gr-qc/0701143 schrieb: The gravitational radiation emitted by these binaries will carry
  angular as well as linear momentum. A net flux of emitted linear momentum implies
  that the black hole produced by the merger will experience a recoil or kick.

Noch ein Detail am Rande: die kritische Grenze für die Annäherung ist nicht der Horizont bei r=2GM/c² sondern die Photonensphäre bei r=3GM/c², da das Material zwischen radial einwärts oder transversal seitswärts auf das schwarze Loch fällt. Dahinter bräuchte es schon einen radial auswärtigen Impuls, den das einfallende Material aber nicht haben kann. Praktisch kann man sogar davon ausgehen dass alles Material das hinter die Grenze des letzten stabilen Orbits bei r=6GM/c² gerät ins schwarze Loch fallen wird (theoretisch könnte es dort aber auch noch davongeschleudert werden, Sterne die zu nahe an ein großes schwarzes Loch geraten können dann als sogenannte Rogue Stars enden).

In dem Bezugssystem in dem der Stern ums schwarze Loch tanzt ist auch nicht alle Masse des schwarzen Lochs in seinem Zentrum vereint, sondern mit einem Radius der ein infinitesimales Stückchen größer als sein Ereignishorizont ist eingefroren. Die einzigen Bezugssysteme in denen die Singularität bereits gebildet ist sind die von Beobachtern deren Weltlinien selber nach relativ kurzer Eigenzeit in der Singularität terminiert werden, weswegen sie sich nicht zur Beschreibung eines Vorgangs der eine ausgedehnte Koordinatenzeitspanne benötigt eignen. Aber das sind nur Details am Rande die nicht wirklich etwas an der Argumentation ändern.

Es sicherheitshalber trotzdem erwähnend,

@MartinTheorie
Ich möchte kurz auf das Zwillingsparadoxon zurückkommen. Wir hatten das in anderen Diskussionen schon ewig breit diskutiert.

Hier daher die Kurzfassung:
Die Beschleunigungen sind nicht der entscheidende Punkt in diesem Gedankenexperiment. Die unterschiedliche Lebenszeit der Zwillinge ergibt sich auch dann, falls die Beschleunigungen gar keine Wirkung auf die Zeit hätten.
Dieser Beschleunigungseffekt am Umkehrpunkt kann beliebig klein gewählt werden, wenn nur die (unbeschleunigte) Strecke des Zwillings lang genug ist.

Die Wirkung einer Beschleunigung auf die Eigenzeit ist aber immer die gleiche, egal in welche "Richtung" sie geht, also Beschleunigung und Bremsung sind physikalisch insofern identisch.

Zum SL:
Hier gehst Du von falschen Voraussetzungen aus. Das SL an sich ist kein Objekt, so wie man einen Stern als Objekt sehen kann. Das SL ist vielmehr die Wirkung die der ehemalige Stern (oder die ehemalige Gaswolke, wie auch immer) auf das Raum-Zeit-Gefüge hat. Das SL ist also eine besondere Raumstruktur. Wenn Du SL und Stern vergleichst, vergleichst Du daher Äpfel mit Birnen. Du mußt folglich das Gravitationspotential des Sterns und das SL vergleichen. Daraus ergibt sich dann, wie sich die Bestandteile des Sterns verhalten werden.

Ein Zentrum des Universums gibt es nicht, wäre es anders, wäre die Relativitätstheorie falsch.
Der Urknall fand überall statt, wir sind quasi mittendrin. Leider ist das Wort "Urknall" völlig irreführend, weil das Ereignis aber so gar nichts von einem Knall oder einer Explosion hatte. Es ist eher eine Art Phasenübergang, wie beim Gefrieren von Wasser.

Vielen dank, die letzten 3 Beiträge waren eine sehr detaillierte Erläuterung und haben mir sehr deutlich gezeigt, was ihr mit euren erklärungen meint. Ich finde es klasse, dass hier so schnell auf diese Fragen eingegangen wird