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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 26 03. 2020 13:05 #66751

Warum "sehen" wir SL nicht? Eine vielleicht abstruse Idee.
Angenommen, ein einsames, inaktives (keine Akkretion) SL befindet sich 100 LJ von uns weg und nochmals 100 LJ zufälligerweise genau dahinter ein normaler Stern "X", also auf der gleichen Sichtachse. Dann müsste sich ein haarfeiner Einstein-Ring bilden.
Wenn wir annehmen, dass das SL 10 Sonnenmassen hat, müsste der Ring alle Strahlen von "X" enthalten, die in einer Entfernung von etwa 200 Mio km (wenn ich richtig gerechnet habe) vom SL durchgehen, damit sie so gekrümmt werden, dass sie bei uns die Sichtachse treffen.
Des Weiteren nehmen wir an, dass dieses SL einen Lichtstrahl, der knapp am Ereignis-Horizont vorbeischrammt, maximal 45 Grad ablenken kann. Dann müssten wir am Ort des SL das Licht sämtlicher Sterne sehen, die sich 45 Grad um die Sichtachse befinden. (Etwa ein Trichter von 90 Grad, in dessen Ausguss das SL ist und wir von "unten" in diesen schauen).
Denn unter allen Lichtstrahlen, die von Sternen stammen, die sich im Trichter befinden und die in den Einflussbereich des SL gelangen, sind einige dabei, die genau an dem Ort gebogen werden, dass sie die Sichtachse bei uns treffen.
Es scheint so, dass diese "Linse" die Form eines abgeschlagenen Bodens eines Weinglases hat. Je näher am Stiel desto stärker die Lichtbrechung. Also je weiter der Stern von der Sichtachse entfernt ist, desto näher am SL sehen wir ihn.
Müssten wir dann nicht jedes SL sehen, und zwar ein Form einer kleinen hellen, rötlichen (Rotverschiebung) Scheibe? Und hätten wir eine Chance, diese Scheiben überhaupt als Scheiben und nicht einfach als Punkte zu erkennen, wenn sie hunderte von LJ entfernt sind?
Und könnten wir aus dem Lichtspektrum erkennen, dass es ich um ein SL handeln muss?
Ich habe das alles nur zweidimensional überlegt.
Irgendwo habe ich wohl einen Denkfehler.
Gruss Heiri

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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 26 03. 2020 15:15 #66753

An sich spricht nichts dagegen, doch wie soll sich dieses Bild denn nun von einem normalen Stern unterscheiden? Den Ring müßte man ja erst einmal optisch auflösen können. Das Problem dabei ist wohl, dass man bei gehöriger Entfernung gerade noch Galaxien unterscheiden/erkennen kann, aber keine einzelnen Sterne mehr.

Soweit ich mir das vorstellen kann, sollte ein solcher Ring ja auch nicht heller sein als ein normaler Stern....eher dunkler? (die normale Fläche eines Sterns ist r²π, der Rand ist 2rπ, die leuchtende Randbreite müßte also für die gleiche Helligkeit r/2 betragen, ein SL hat aber in der Regel auch noch einen deutlich kleineren rs als der normale Radius r eines leuchtenden Sterns). Zumal das Licht von noch ferneren Sternen stammt, also dunkler ist, als es der Entfernung des SL "entsprechen" würde.

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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 26 03. 2020 16:10 #66754

Dieser Ring, den ich am Anfang beschrieben habe, ist der Maximaldurchmesser. Alle anderen Sterne erscheinen innerhalb des Ringes, da sie stärker gebrochen werden müssen.
Wenn die Lichtbrechnung so funktioniert, wie ich mir das vorstelle, würden wir sehr viele Sterne sehen, die eigentlich SL sind. Auch würde dieser "Stern" Licht von anderen SL enthalten, sofern sie im Trichter sind. Aber wie könnten wir sie unterscheiden?

Wenn man einen solchen "Stern" spektroskopisch untersuchen würde, müssten da nicht unzählige Werte erscheinen, nämlich die von allen Sternen, deren Licht zu uns gebogen wurde. Wie das mit der Spektralanlayse geht, habe ich allerdings keine Ahnung.

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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 26 03. 2020 18:08 #66755

relham schrieb: müssten da nicht unzählige Werte erscheinen

Ja, das dürfte richtig sein. Allerdings denke ich, dass das so ein Durcheinander wäre, dass es eher wie ein Kontinuum aussieht.
Üblich sieht man entweder Emissionslinien bei kalten Objekten bzw heißen Wolken, oder in der Regel Absorptionslinien der Atmosphäre/Staubwolke.
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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 26 03. 2020 19:16 #66756

Dann könnte man dauraus schliessen, dass es durchaus möglich wäre, dass viele leuchtende Objekte eigentlich SL sind?

Es ist mir natürlich nicht bekannt, wieviele Objekte untersucht wurden und ob man solche Wischiwaschi-Spektren schon gefunden hat.
Könnte man mit dieser Methode eine Aussage machen, ob und wieviele kleine SL in unserer Umgebung vorhanden sind?

Beste Grüsse
Heiri

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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 26 03. 2020 19:36 #66758

relham schrieb: ob und wieviele kleine SL in unserer Umgebung vorhanden sind?

Ich glaube nicht, dass die Leuchtkraft des eingefangenen Lichts im Regelfall ausreicht, um diese SL sichtbar zu machen. Es gibt allerdings einige galaktische Gravitationslinsen. Diese werden aber wohl meist durch großräumige DM verursacht. Ob es sich um DM oder SL handelt kann man natürlich nur aus den Dimensionen schließen.

Ein kleines SL hat ja einen Radius, der deutlich kleiner als die Sonne ist, eingefangenes Licht beschränkt sich also auf diesen Umfang, selbst bei optimaler Stellung eines Sterns dahinter wird man wohl nicht allzuviel Licht sehen können. Da die Wellenlänge der CMBR nur 1 mm beträgt, sollte man eher noch einen Schatten finden.

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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 27 03. 2020 09:20 #66769

Leuchtkraft: Angenommen, es wäre nur 1 Stern in dem von mir im 1. Post gedachten Trichter. Wäre es nicht so, dass ein Strahl dieses Sterns wie mit einem Spiegel in meine Richtung gelenkt würde? Er würde ein ganz klein wenig lichtschwächer, da er ja einen weiteren Weg zurücklegen müsste. Ich würde ihn also zweimal sehen, einmal direkt und das andere Mal vie SL. Je mehr Sterne im Trichter wären, desto heller das SL.
Nun, ich bin kein Physiker, man verzeihe mir meine unpräzisen Statements.

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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 27 03. 2020 10:57 #66771

Ja, das stimmt, sofern die selbe Quelle mehrfach sichtbar wird. Ich bin mir aber nicht sicher, wie man die Helligkeit nun berechnen könnte.
Der Verstärkungsfaktor müßte wohl betragen
1+μ·π/θ
Mit μ=rs/d Sichtwinkel des SL und θ=r/D eigentlicher Sichtwinkel des Sterns.

Geht man von einem Radiusverhältnis wie bei der Sonne von ca r/rs=235000 aus, dann ergibt sich die Rechnung mit
1+πD/235000d
Der Stern müßte nach dieser Rechnung also 75000 Mal so weit weg sein wie das SL, damit der Ring doppelt so hell erscheint wie der normale Lichtpunkt.

Aber ich kann nicht sagen, ob das realistisch ist.

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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 27 03. 2020 13:03 #66778

Vielen Dank! Ich verstehe aber nicht genau was Du meinst.
Ein perfekter Ring würde m.E. nur dann entstehen, wenn der Stern genau auf der Sichtachse hinter dem SL läge. Wäre der Stern z.B. Richtung 10 Uhr im Trichter, würde dieser Richtung 4 Uhr vom SL abgebildet, und zwar als Punkt mit derselben Helligkeit (oder fast). Ich sehe nicht ganz, wie der Helligkeitsverlust entstehen soll. Ist ja eine Linse.
Nimm mal ein klassisches Rotweinglas und halte es so gegen eine Lichtquelle, dass der Boden eine Art Linse bildet und spiele ein bisschen damit. Ich hoffe dass Du siehst, was ich meine.

Gruss Heiri

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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 27 03. 2020 14:38 #66781

Nun es gibt zwei Varianten, das Eine war der Linseneffekt und das Andere der Schatten in der CMBR.

Beim Linseneffekt war meine Idee "eher dunkler" wohl nicht richtig, da es insoweit ja auf die Gesamthelligkeit ankommt und die Fläche etc keine Rolle spielt....solange nicht ein Teil der Sternscheibe durch das SL abgedeckt wird. Und durch eine Mehrfachabbldung ergibt sich dann eine Helligkeitserhöhung.

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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 27 03. 2020 16:34 #66784

Danke!
Was hat der Schatten der CMBR.damit zu tun, dass ich den Stern nicht direkt sehe, sondern via SL?
CMBR ist doch die Hintergrundstrahlung?
Ich glaube, wir treten hier auf der Stelle.
Eigentlich wollte ich nur wissen, ob es möglich wäre, dass wir unbekannt viele leuchtende Objekte am Himmel sehen, die eigentlich SL sind, und ob man die irgendwie auseinanderhalten könnte.
Aber vielen Dank für die Rückmeldungen!

Gruss
Heiri

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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 27 03. 2020 18:52 #66786

relham schrieb: Eigentlich wollte ich nur wissen, ob es möglich wäre, dass wir unbekannt viele leuchtende Objekte am Himmel sehen, die eigentlich SL sind, und ob man die irgendwie auseinanderhalten könnte.

Naja die fehlende CMBR könnte ich mir als Merkmal vor allem bei nahen SL vorstellen.
Ansonsten halte ich es für ziemlich unwahrscheinlich, dass (in großer Anzahl) ein SL einen Stern verdeckt, der dieses aufleuchten läßt. So arg dicht ist die Sternbesiedlung des Firmaments nicht und der Durchmesser kleiner SL ist sehr gering. Außerdem würden wir über die Rotverschiebung den wahren Stern (distanzmäßig) als Quelle feststellen und das SL dazwischen gar nicht bemerken.

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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 27 03. 2020 20:26 #66788

Es geht mir aber nicht um die Sterne, die von einem SL verdeckt werden. Sondern um all diejenigen, die sich im 90° Trichter vom SL befinden (s. 1. Post). Wenn deren Lichtstrahlen in der "Linse" bis 45° gebogen werden können, dann müssten sie auch in meine Richtung gehen, je nachdem in welcher Distanz sie am SL vorbeigehen.
Ein Beispiel: Stern X befindet sich vom SL aus gesehen 20 Grad von der Sichtachse entfernt, ist also im Trichter. Von den unendlich vielen Lichtstrahlen, die X versendet, muss es einen geben, der an der Stelle auf das Gravitationsfeld des SL trifft, wo er 20° gebogen wird, sodass er genau dort auf die Sichtachse fällt, wo ich bin. Alle anderen Lichtstrahlen, die in den Bereich des SL gelangen, werden entweder stärker oder schwächer gebogen, sodass sie die Sichtachse nicht oder weiter vorn oder weiter hinten treffen.

Mit dem Ring wollte ich nur den maximalen Radius der Scheibe beschreiben, denn die Strahlen von dem Stern genau auf der Sichtachse hinter dem SL müssen minimal gebrochen werden, also in einer weit entfernten Region des SL, wo dessen Gravitation schwach ist. Es gibt da eine Formel. Je näher die Strahlen am SL vorbeigehen, desto stärker werden sie verbogen. Ich bin da bei meinem Ring- Beispiel auf 0.08 Bogensekunden gekommen und bezweifle, ob diese mit den grossen Instrumenten aufgelöst werden können.

Aber vergiss den Ring, denn dass genau auf der Sichtachse ein nennenswerter Stern ist, ist sehr unwahrscheinlich.

Ich hoffe, dass ich mich verständlich ausgedrückt habe. Eine Zeichnung würde da besser helfen...

Gruss
Heiri

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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 28 03. 2020 11:20 #66802

Ja, eine Gravitationslinse sollte schon zu einer Helligkeitserhöhung führen. Es fällt mir nur schwer, dies mit einer Sammellinse zu vergleichen, die ja im Zentrum kein Loch hat. Mit Linsenoptik habe ich auch nicht viel Erfahrung.

Der Einsteinwinkel beträgt α=atan.(2rs/b) und mit b=rs ergäbe sich dann α=63,4°. Tatsächlich wird aber alles Licht verschluckt, das näher als der Photonradius von 1,5rs tangential am SL vorbeigeht. Für 1,5 erhalten wir also (nach dieser einfachen Einsteinformel) den maximalen Ablenkwinkel
α = 53,13°, aber dafür ist diese Näherungsformel nicht mehr anwendbar. Das Licht wird bereits bei größerem Stoßparameter b anfangen, mehrfach ums SL zu kreisen.

Pascar-Schuette hat ja erst vor kurzem einen Artikel zu einer sehr ähnlichen Fragestellung gepostet.
www.uwudl.de/forum/4-spezielle-relativit...nd-photonenring.html
und ich hatte dort einen Link mit Videoclip gepostet.

Wenn sich also das Licht vieler Sterne unterschiedlichen Alters/Entfernung mischt, ergibt sich ein mehr oder weniger kontinuierliches Spektrum. Man wird es kaum von einer Akkretionsscheibe unterscheiden können, meine ich immer noch. Aber das hängt natürlich davon ab, wie die Mischung ausfällt oder wie gut sich der Ring in Einzelpunkte auflösen läßt. Eine Akkretionsscheibe würde sich ggf auch auf der Vorderseite des SL befinden und nach der Kerr-Metrik verzerrt. Aber auch der Schatten wird nach Kerr verzerrt. Yukterez hatte schon Animationen und Grafiken gepostet.

Das einfachste zur Unterscheidung eines SL von einem anderen Stern dürfte immer noch das Loch in der Mitte sein.

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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 28 03. 2020 12:41 #66805

Ja, da hast Du recht, in der Mitte der Scheibe müsste man tatsächlich das SL sehen, aber dieser schwarze Punkt, der vielleicht das Doppelte des Ereignishorizontes, im Falle einer 10fachen Sonnenmasse, Grössenordnung 10 km Durchmesser hat, werden wir niemals optisch auflösen können.
Das Gleiche gilt für den Rest der Scheibe, da können wir wohl niemals einzelne Sterne auflösen können. Bleibt noch die Spektralanalyse.

Nein, es wäre keine Sammellinse, sondern eine "Linse" die aussen ganz flach ist und nach innen ansteigt. Wie ein Vulkan. Der Krater wäre dann das optische Loch. Oder eben wie der Boden eines Weinglases ohne Stiel.

Das mit den sichtbaren Photonenringen finde ich wirklich seltsam. Dass es Photonenringe geben kann, ist ja möglich. Aber sehen? Photonen können wir nicht sehen, ausser sie fallen auf unsere Netzhaut, dann sind sie aber nicht im Ring. Denkbar wäre, dass wir uns genau in der Ringebene befinden und sich einzelne Photonen tangential geradlinig auf den Weg machen. Sehr schwer vorstellbar...

Beste Grüsse
Heiri

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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 28 03. 2020 15:00 #66808

relham schrieb: dass wir uns genau in der Ringebene befinden und sich einzelne Photonen tangential geradlinig auf den Weg machen.

Ja doch, das ist wie bei Deiner Idee mit der einfachen Ablenkung, also 0 Umrundungen bzw 0,1. Ganz nah am SL ergeben sich dann teilweise oder gar mehrere Umrundungen. Sieh Dir den Videoclip an im Parallelthread. Jede Ablenkung läßt sich ja als Prozentsatz einer Umrundung angeben n=α/2pi.

Und ja, der Einsteinwinkel betraf ja die Ablenkung eines Sterns hinter dem Objekt, das war auch hier mein Gedanke. Aber wie man sich vorstellen kann, ergibt sich ja auch eine Ablenkung von Licht der Sterne, die auf der anderen Seite des SL ganz normal zu sehen sind.

Bei einer halben (oder 1,5 etc) Umdrehung würde man gar Licht der Sterne sehen, die sich zwischen uns und dem SL befinden.

relham schrieb: werden wir niemals optisch auflösen können.

Das war eben auch mein Gedanke und daher erhalten wir nur einen Mix von vielen Sternen, das kann man wohl kaum auftrennen. Für sehr nahe Objekte könnte es aber möglich sein...wie gesagt wird man dann aber noch eher das Loch sehen. Es gibt ja bereits so ein Foto.

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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 28 03. 2020 18:00 #66818

ra-raisch schrieb: Bei einer halben (oder 1,5 etc) Umdrehung würde man gar Licht der Sterne sehen, die sich zwischen uns und dem SL befinden.

Soweit habe ich mich gar nicht vorgewagt! Würde da nicht eine gewaltige Rotverschiebung eintreten? Das kann ich aber noch weniger beurteilen, aber möglich wäre das schon was du sagst.
ra-raisch schrieb: Es gibt ja bereits so ein Foto.

Dieses Foto zeigt das schwarze Loch von M87 mit etwa 6.5 Mrd Sonnenmassen mit der Akkretionsscheibe. Laut dem Black-Hole-Crack Müller ist der Winkel etwa wie eine 2-Euro Münze auf dem Mond. Ich habe das ausgerechnet und bin auf 1.2e-5 Bogensekunden gekommen. Ein SL mit der 10-fachen Sonnenmasse in der nachbarlichen Entfernung von10 LJ wäre dann noch etwa 100 mal kleiner..... (Excel ist schon eine wunderbare Sache!)

Beste Grüsse
Heiri
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Schwarzes Loch - Gravitationslinse 28 03. 2020 18:05 #66819

relham schrieb: und bin auf 1.2e-5 Bogensekunden gekommen. Ein SL mit der 10-fachen Sonnenmasse in der nachbarlichen Entfernung von10 LJ wäre dann noch etwa 100 mal kleiner..

Oh weh, schlimmer als ich gedacht hätte.

relham schrieb:

ra-raisch schrieb: Bei einer halben (oder 1,5 etc) Umdrehung würde man gar Licht der Sterne sehen, die sich zwischen uns und dem SL befinden.

Soweit habe ich mich gar nicht vorgewagt! Würde da nicht eine gewaltige Rotverschiebung eintreten? Das kann ich aber noch weniger beurteilen, aber möglich wäre das schon was du sagst.

Dahinter, davor oder daneben ist das Gleiche, die Entfernungen addieren sich einfach.
Folgende Benutzer bedankten sich: relham

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