Ursprüngliches Schwarzes Loch vs. Schwarzes Loch

  1. Gibt es scharfe Unterschiede zwischen primordialen Schwarzen Löchern und dem gewöhnlichen Schwarzen Loch?

  2. Kann ein ursprüngliches Schwarzes Loch glatt massiv werden, um ein Schwarzes Loch zu sein?

  3. Kann ein Schwarzes Loch sanft weniger massiv werden, um ein ursprüngliches Schwarzes Loch zu sein? Sprich durch Verdunstung?

Einige Fakten:

  • Urzeitliche Massen von Schwarzen Löchern können weit unter der Masse von Sternen liegen, also weit weniger als Massen von Schwarzen Löchern.

  • Ursprüngliche Schwarze Löcher sind eine hypothetische Art von Schwarzen Löchern, die kurz nach dem Urknall entstanden sind. Im frühen Universum könnten hohe Dichten und heterogene Bedingungen dazu geführt haben, dass Regionen mit ausreichender Dichte einem Gravitationskollaps unterzogen wurden und Schwarze Löcher entstanden. Yakov Borisovich Zel'dovich und Igor Dmitriyevich Novikov schlugen 1966 erstmals die Existenz solcher Schwarzer Löcher vor. Die Theorie hinter ihren Ursprüngen wurde erstmals 1971 von Stephen Hawking eingehend untersucht. Da sich urzeitliche Schwarze Löcher nicht aus dem Gravitationskollaps von Sternen gebildet haben, können ihre Massen weit unter der stellaren Masse liegen (ca. 4× 10 30 kg).

  • Ursprüngliche Schwarze Löcher könnten eine Art Dunkle Materie namens MACHOs sein, was für Massive Compact Halo Objects steht, weil Astronomen glauben, dass sie in den Halos oder Außenbezirken von Galaxien gefunden werden. Solche schwarzen Löcher wären schwer zu sehen, wenn sie einfach ruhig im Weltraum schweben und für sich bleiben würden.

Antworten (3)

Die einzigen Eigenschaften, die ein Schwarzes Loch hat, sind seine Masse und sein Spin (und theoretisch elektrische Ladung, aber wir erwarten nicht, elektrisch geladene Schwarze Löcher in der Natur zu finden).

Der einzige Unterschied zwischen einem ursprünglichen Schwarzen Loch und einem Schwarzen Loch stellaren Ursprungs besteht darin, wann die Schwarzen Löcher entstehen. Ursprüngliche Schwarze Löcher (falls vorhanden) werden durch Prozesse im frühen Universum gebildet, beispielsweise während eines Phasenübergangs. Schwarze Löcher stellaren Ursprungs entstehen durch den Kollaps von Sternen. Daher kann ein ursprüngliches Schwarzes Loch nicht zu einem Schwarzen Loch stellaren Ursprungs werden und umgekehrt.

Wenn Sie jedoch zwei Schwarze Löcher hätten, gäbe es keine Möglichkeit, Experimente mit dem Schwarzen Loch durchzuführen, um zu sagen, welches ursprünglich und welches stellaren Ursprungs war. Die Art und Weise, wie wir sie unterscheiden würden, basiert auf der Theorie der Sternentwicklung, die eine untere Grenze für die Masse von Schwarzen Löchern setzt, während ursprüngliche Schwarze Löcher eine geringere Masse haben können.

"Wir erwarten nicht, elektrisch geladene Schwarze Löcher in der Natur zu finden" -> warum ist das so? Ich denke, Forscher schlagen auch sowohl elektrisch geladene als auch magnetische Schwarze Löcher in der Natur vor?
Im Grunde der gleiche Grund, warum Sie keine großen Klumpen geladener Materie sehen: Wenn Sie ein positiv geladenes Schwarzes Loch haben, würde es Elektronen anziehen, bis es neutralisiert ist. Als rein theoretische Objekte macht es jedoch Spaß, über Schwarze Löcher mit elektrischen und magnetischen Monopolmomenten nachzudenken.
@Andrew, aber diese Art geht davon aus, dass sich in der Nähe des Schwarzen Lochs genügend Elektronen befinden, damit es neutralisiert wird, oder?
@Michael Das ist eine Art oberflächliche, aber auch eine ernsthafte Antwort. Wenn das Schwarze Loch mit einer makroskopischen (großen) Menge positiver Ladung gebildet wurde, müssen wir diese Ladungen irgendwoher bekommen haben, da das Universum, das wir beobachten, mit guter Genauigkeit elektrisch neutral ist. Welcher Prozess also auch immer ein positiv geladenes Schwarzes Loch gebildet hat, hat sehr wahrscheinlich auch eine gleiche und entgegengesetzte Wolke negativer Ladung gebildet.
Etwas ernster... schauen wir uns zwei Fälle an. Eines wäre ein Schwarzes Loch, das nach einer Supernova entstanden ist. Vielleicht, aus welchen Gründen auch immer, kollabierten positiv geladene Kerne zu einem Schwarzen Loch und Elektronen wurden aus der Supernova herausgeschleudert. Nun, wenn es sich um eine makroskopische Ladungsmenge handelt, wird diese positive Ladung die ausgestoßenen Elektronen anziehen. Als weiteres Beispiel haben supermassereiche Schwarze Löcher typischerweise Akkretionsscheiben mit viel Materie, was eine großartige Quelle für Ladungen wäre.

Sie haben in Ihrer Frage den Hauptunterschied zwischen primordialen Schwarzen Löchern und Schwarzen Löchern, die durch Sternkollaps entstanden sind, richtig angegeben: Es ist einfach ein großer Massenunterschied.

Der Begriff „primordial“ bezieht sich natürlich darauf, wann sich das Schwarze Loch gebildet hat, also könnte man sagen, dass sich die Terminologie nur darauf bezieht. Aber der Punkt ist, dass man im sehr frühen Universum Mechanismen vorschlagen kann, durch die sich Schwarze Löcher mit bescheidener Masse bilden könnten, aber diese Prozesse werden wahrscheinlich nicht ganze Sterne im Wert von Material sammeln und ein schwereres Schwarzes Loch bilden. Unterdessen kann der Kollaps von Sternen Schwarze Löcher mit einer Masse von beispielsweise ein paar Sonnenmassen (oder mehr) bilden, aber es ist schwer, einen solchen Prozess zu finden, der ein weniger massereiches Schwarzes Loch bilden kann. Diese beiden unterschiedlichen Prozesse führen also zu Schwarzen Löchern unterschiedlicher Masse.

(Tatsächlich deuten einige Schätzungen darauf hin, dass ein ursprüngliches Schwarzes Loch bis zu einer Sonnenmasse möglich sein könnte; siehe Kommentare).

Ein ursprüngliches Schwarzes Loch ist immer noch eine Hypothese, noch nicht mit so etwas wie Beobachtungsbelegen, aber wahrscheinlich genug, um ernst genommen zu werden. Ich weiß nicht, welche Massenverteilung vorhergesagt wird, aber die Masse könnte so hoch sein wie die eines Berges, sagen wir ( 10 12 kg). Das ist immer noch winzig im Vergleich zu mehreren Sonnenmassen. In Ihrer Frage fragen Sie, ob ein solches Schwarzes Loch durch Aufnahme von Material wachsen könnte. Das könnte es sicherlich, aber das Problem ist, dass der Prozess zu langsam wäre, um jetzt viel Wirkung zu haben, weil das Schwarze Loch winzig ist: Der Schwarzschild-Radius beträgt etwa ein Femmeter (die Größe eines Atomkerns)! Solch ein winziges Schwarzes Loch wird niemals auf genug Material treffen, um wesentlich zu wachsen. Es ist wahrscheinlicher, dass es verdunstet. Die Verdunstung würde in einem Ausbruch von Gammastrahlen enden, aber bisher wurde kein Ausbruch in der richtigen Form entdeckt.

Die größeren Schwarzen Löcher verdunsten nicht, weil der Verdunstungsprozess (der übrigens nicht ganz allgemein akzeptiert ist) selbst sehr langsam wird, wenn die Masse zunimmt, und ein ausreichend schweres Schwarzes Loch allein von der kosmischen Hintergrundstrahlung mehr Masse absorbiert als es könnte durch Hawking-Strahlung beseitigt werden.

Das Nettoergebnis ist also, dass Schwarze Löcher in sehr unterschiedlichen Massenregimen viele Milliarden Jahre in diesen sehr unterschiedlichen Regimen bleiben. Sie entwickeln sich nicht schnell genug, um zu diesem Zeitpunkt einander ähnlich zu werden.

Dies ist eine großartige Antwort, aber nur eine Anmerkung, dass die Massenverteilung von primordialen Schwarzen Löchern wirklich sehr unsicher ist (nicht überraschend), und es gibt Papiere, die darauf hindeuten, dass Sie primordiale Schwarze Löcher produzieren können, die ungefähr oder etwas leichter als 1 Sonnenmasse sind, z Beispiel: arxiv.org/abs/astro-ph/9708060 .
@Andrew danke; Ich werde den Text ein wenig anpassen, um dies widerzuspiegeln
In Bezug auf "die größeren schwarzen Löcher verdunsten nicht", scheint dies einer kleinen Korrektur zu bedürfen. Irgendwann in ferner Zukunft wird die Temperatur der Strahlung eines Schwarzen Lochs größer sein als die CBR, die ständig kleiner wird.
@Buzz Ich meinte, sie verdunsten nicht in den Zeitskalen, die für die Beantwortung der Frage relevant sind. Ihr Punkt betrifft eine ganz andere Zeitskala, eine, die in der Tat so lang ist, dass wir nicht zuversichtlich erwarten können, dass unser begrenztes Wissen über solche Dinge ausreichend ist.
Hallo Andrew - ich habe vielleicht die Absicht der 3-Punkte-Frage missverstanden. Eine zeitliche Begrenzung habe ich nicht wahrgenommen.

Ursprüngliche Schwarze Löcher werden durch Hawking-Strahlung eine höhere Temperatur haben als stellare Schwarze Löcher.

Das ist eine Folge der geringen Masse, nicht ob sie ursprünglich entstanden sind. Ein Schwarzes Loch derselben Masse sendet dieselbe Hawking-Strahlung aus, ob ursprünglich oder nicht.
Ursprüngliches Schwarzes Loch vs. Schwarzes Loch
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