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THEMA: Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut?

Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 13 Mai 2019 21:11 #51870

Servus!

Ein Kollege meinte jedes schwarze Loch sei eine Punktsingularität. Ich hab mir darüber Gedanken gemacht und kam auf ein zweites stabiles - zugegebenermaßen ein etwas konstruiertes - Schwarzes Loch.


Wir nehmen dazu einfach mal 2 Neutronensterne mit exakt gleicher Größe die damit einen gemeinsamen Schwerpunkt umkreisen. Jetzt packen wir weitere exakt gleiche Neutronensterne auf diese Bahn. DAs machen wir solange bis der Ring "voll" ist. Alle sind gleich schwer, alle haben die gleiche Geschwindigkeit - das System ist stabil. Jetzt machen wir weiter und erhalten irgendwann einen Neutronendonut.

Wenn wir diesen Donut nun komprimieren (nicht den großen Radius - den kleinen!) dann haben wir doch irgendwann eine Art Schwarzen Ring. Der "Schwarzschildradius" entspricht dem kleinen Radius des Torus, aber der Ereignishorizont entspricht der Oberfläche dieses Torus!

Geht sowas? Was könnte man damit machen? Ich denke da an Jets von schwarzen Löchern. Das schwarze Loch beschleunigt dabei Materie, ich vermute das liegt am Magnetfeld das durch die gewaltigen Ströme induziert wird? Das ließe sich bei so einem Ring zum beschleunigen von "Gegenständen" nutzen. Könnte man damit zum Beispiel Neutronensterne verschießen?

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 13 Mai 2019 21:33 #51875

Egal was Du nimmst, mehr oder weniger, das aktuelle Level ist nicht gut.

"`Oh dear,' says God, `I hadn't thought of that,' and promptly vanished in a puff of logic.

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 20 Mai 2019 21:17 #52027

Hallo,
bei einem rotierenden schwarzen Loch, erhält man soweit ich gehört habe, keine punktförmige Singularität, sondern eine ringförmige.

Warum soll bei Deinem Beispiel der Schwarzschildradius der innere Donut-Radius sein?
Der Radius hängt nur von der Masse ab (zumindest bei nicht rotierenden schwarzen Löchern).
Bzw. wenn Du nur den Innenradius komprimierst, wird irgendwann ein Teil der Masse innerhalb des Schwarzschildradius sein oder der Rest außerhalb.
Auf jeden Fall würde der Donut spaghettifiziert, da der innere Bereich schneller rotieren müsste als der äußere, um der Gravitation stand zu halten.
Und somit gibt es keinen stabilen Donut drum herum. Er würde zerrissen werden und durch die Reibungskräfte abgebremst und langsam ins Loch fallen.

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 22 Mai 2019 12:39 #52071

MrHiggins schrieb: Alle sind gleich schwer, alle haben die gleiche Geschwindigkeit - das System ist stabil. Jetzt machen wir weiter und erhalten irgendwann einen Neutronendonut.

Das geht nicht lange gut. Das bleibt nicht stabil sondern kontrahiert.
rms = rG(3+Z2-²((3-Z1)(3+Z1+2Z2))) marginal stabile Bahn, ISCO
rsms = 3rs für Schwarzschild (ak=0=χk, Z1→Z2→3)

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 24 Jun 2019 14:46 #53073

TomHo schrieb: Warum soll bei Deinem Beispiel der Schwarzschildradius der innere Donut-Radius sein?

So wie ich die Frage verstanden habe, war nicht der innere Donut-Radius gemeint, sondern der Radius der beiden Kreise, die sich ergeben, wenn du den Donut mit einer Ebene senkrecht zur Ebene des Donut-Kreises schneidest.

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 01 Aug 2019 12:04 #54647

Die Singularität entsteht doch, weil es keine Kräfte mehr gibt, die einem Zusammenfall zur Singularität verhindern. Selbst das Pauli Prinzip wird dann überwunden.

Bei genügend großen SL muss das jedoch nicht immer gegeben sein, da dann die Gesamtmasse zwar groß ist, die Massendichte aber kleiner ist als bei einem kleinen Loch. Auch eine Rotation wird hilfreich sein um einen kompletten Zusammenfall zu verhindern. Dazu muss man nicht unbedingt ein kompliziertes Zenario wie oben mit vielen Neutronensternen annehmen. Im Gegenteil, eine Rotation dürfte sehr wahrscheinlich sein.

Also m.E.: Nicht in jedem Schwarzen Loch muss es eine Singularität geben.
Ich würde aber eher an eine Scheibe denken als an ein Donut. Es könnte auch eine Art Sonnensystem sein mit Massen, die um einen zentralen Kern kreisen.

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 01 Aug 2019 13:21 #54651

Manfred S schrieb: Die Singularität entsteht doch, weil es keine Kräfte mehr gibt, die einem Zusammenfall zur Singularität verhindern. Selbst das Pauli Prinzip wird dann überwunden.

Bei genügend großen SL muss das jedoch nicht immer gegeben sein, da dann die Gesamtmasse zwar groß ist, die Massendichte aber kleiner ist als bei einem kleinen Loch. Auch eine Rotation wird hilfreich sein um einen kompletten Zusammenfall zu verhindern. Dazu muss man nicht unbedingt ein kompliziertes Zenario wie oben mit vielen Neutronensternen annehmen. Im Gegenteil, eine Rotation dürfte sehr wahrscheinlich sein.

Also m.E.: Nicht in jedem Schwarzen Loch muss es eine Singularität geben.
Ich würde aber eher an eine Scheibe denken als an ein Donut. Es könnte auch eine Art Sonnensystem sein mit Massen, die um einen zentralen Kern kreisen.


Doch, in jedem Schwarzen Loch muss es laut ART eine Singularität geben. Wobei diese auch eindimensional sein kann, wie bei einem rotierenden (Kerr-)Loch.

Die Dichte bei einem supermassiven Schwarzen Loch ist zwar sehr klein (bei M87* entspricht die glaube ich flüssigem Wasser oder sowas um den Dreh), aber das ist halt nur die durchschnittle Dichte.

Jede Masse hinter dem EH strebt unaufhaltsam Richtung r=0. Es gibt keine Kraft, die das verhindern kann.

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 01 Aug 2019 14:11 #54655

Manfred S schrieb: Die Singularität entsteht doch, weil es keine Kräfte mehr gibt, die einem Zusammenfall zur Singularität verhindern. Selbst das Pauli Prinzip wird dann überwunden.

Das ist ungeklärt. Der Fermidruck (Pauliprinzip) ist zwar eigentlich das Kriterium für den Neutronenstern, dort aber nur der Grenzfall für Fermidruck~Gravitationsdruck, was im Inneren von rs nicht einen höheren Fermidruck verbieten würde, wenn ich das richtig verstehe.

Manfred S schrieb: Auch eine Rotation wird hilfreich sein um einen kompletten Zusammenfall zu verhindern.

Naja, durch die Rotation bekommst Du die Ringsingularität nach der Kerrmetrik.

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 01 Aug 2019 16:12 #54659

ra-raisch schrieb:

Manfred S schrieb: Die Singularität entsteht doch, weil es keine Kräfte mehr gibt, die einem Zusammenfall zur Singularität verhindern. Selbst das Pauli Prinzip wird dann überwunden.

Das ist ungeklärt. Der Fermidruck (Pauliprinzip) ist zwar eigentlich das Kriterium für den Neutronenstern, dort aber nur der Grenzfall für Fermidruck~Gravitationsdruck, was im Inneren von rs nicht einen höheren Fermidruck verbieten würde, wenn ich das richtig verstehe.


Welche Kraft hindert denn den Neutronenstern zu einer Singularität zu werden? Auch in einem schwarzen Loch müsste diese Kraft von der Gravitation überwunden werden.

ra-raisch schrieb:

Manfred S schrieb: Auch eine Rotation wird hilfreich sein um einen kompletten Zusammenfall zu verhindern.

Naja, durch die Rotation bekommst Du die Ringsingularität nach der Kerrmetrik.

Verstehe ich das so, dass danach der Ring entweder senkrecht zur Ringebene singulär wäre, also eine flache Scheibe mit Loch oder ein flaches senkrechtes Band, oder in beiden Richtungen singulär wie ein sehr dünner Faden. In allen Fällen würde ich es nicht mit einem Donut vergleichen - mangels Volumen. Das Volumen geht gegen null, da mindestens eine Dimension gegen Null geht..

Ich bin aber der Meinung, dass auch in diesem Fall erst die Gegenkräfte überwunden werden müssten und davon kann man nicht in jedem Fall unbedingt ausgehen. Die Singularität hat Ihre Ursache nicht in der ART sondern darin, dass die Kräfte fehlen um dem Gravitationsdruck standzuhalten. Umgekehrt führt eine Singularität natürlich immer zu einem schwarzen Loch.

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 01 Aug 2019 17:20 #54662

Manfred S schrieb: Verstehe ich das so, dass danach der Ring entweder senkrecht zur Ringebene singulär wäre, also eine flache Scheibe mit Loch oder ein flaches senkrechtes Band, oder in beiden Richtungen singulär wie ein sehr dünner Faden. In allen Fällen würde ich es nicht mit einem Donut vergleichen - mangels Volumen. Das Volumen geht gegen null, da mindestens eine Dimension gegen Null geht..


Der Ring ist eindimensional. Ich denke, das beantwortet deine Fragen... ;)

Die Singularität hat Ihre Ursache nicht in der ART sondern darin, dass die Kräfte fehlen um dem Gravitationsdruck standzuhalten. Umgekehrt führt eine Singularität natürlich immer zu einem schwarzen Loch.


Naja, eine Theorie ist doch nie die Ursache für irgendetwas. In diesem Fall macht die ART allerdings konkrete Vorhersagen...

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 01 Aug 2019 17:29 #54664

Zwischen dem Ring befindet sich das Fenster in den negativen Raum, siehe DeVriess, S. 19, Tahvildar-Zadeh, 12:30, Madore und Stackexchange.

,
Folgende Benutzer bedankten sich: ra-raisch, Manfred S

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 01 Aug 2019 17:40 #54665

Arrakai schrieb:

Manfred S schrieb: Verstehe ich das so, dass danach der Ring entweder senkrecht zur Ringebene singulär wäre, also eine flache Scheibe mit Loch oder ein flaches senkrechtes Band, oder in beiden Richtungen singulär wie ein sehr dünner Faden. In allen Fällen würde ich es nicht mit einem Donut vergleichen - mangels Volumen. Das Volumen geht gegen null, da mindestens eine Dimension gegen Null geht..


Der Ring ist eindimensional. Ich denke, das beantwortet deine Fragen... ;)

Nein. Es bleibt die warum Frage. Die Kräfte senkrecht zur Rotationsscheibe sind deutlich stärker oder schwächer als in Richtung Zentrum. In jedem Fall sind sie unterschiedlich, so dass durchaus die Singularität nur in einer Dimension stattfinden könnte - wenn überhaupt.

Arrakai schrieb:

Die Singularität hat Ihre Ursache nicht in der ART sondern darin, dass die Kräfte fehlen um dem Gravitationsdruck standzuhalten. Umgekehrt führt eine Singularität natürlich immer zu einem schwarzen Loch.


Naja, eine Theorie ist doch nie die Ursache für irgendetwas.

Du bist aber schon ein rechter Wortklauber. Hast du mal dran gedacht Jurist zu werden? :-).

In diesem Fall macht die ART allerdings konkrete Vorhersagen...

Die ART macht Aussagen über die Grenze des Schwarzen Lochs. ich bin nicht überzeugt, dass sie Aussagen über die Singularität im Inneren macht. Aber bitte, ich lass mich gerne überzeugen.

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 01 Aug 2019 17:49 #54667

Manfred S schrieb:

ra-raisch schrieb:

Manfred S schrieb: Die Singularität entsteht doch, weil es keine Kräfte mehr gibt, die einem Zusammenfall zur Singularität verhindern. Selbst das Pauli Prinzip wird dann überwunden.

Das ist ungeklärt. Der Fermidruck (Pauliprinzip) ist zwar eigentlich das Kriterium für den Neutronenstern, dort aber nur der Grenzfall für Fermidruck~Gravitationsdruck, was im Inneren von rs nicht einen höheren Fermidruck verbieten würde, wenn ich das richtig verstehe.


Welche Kraft hindert denn den Neutronenstern zu einer Singularität zu werden? Auch in einem schwarzen Loch müsste diese Kraft von der Gravitation überwunden werden.

Die Fermikraft verbietet es bei Elektronen →Weißer Zwerg
und bei Neutronen→Neutronenstern aber die Elektronen werden dabei nicht zerquetscht sondern in die Protonen gequetscht (e+p=n verbinden sich zu Neutronen).
Quarks sind allerdings leichter, so dass sie einen größeren Radius benötigen würden. Andererseits können sie dichter gepackt werden, glaube ich, und die Gluonen dazwischen bringen auch viel Energie=Masse, oder es treten ganz andere Effekte auf, wer weiß. Womöglich bilden sich ja schwere Elementarteilchen, die dann wieder dem Druck standhalten, klingt für mich sogar als eine gute Idee....
Das verträgt sich aber nicht so ganz mit dem zeitartigen Raum im Inneren von rs.....doch könnte ja auch ein Quantenzustand wie innerhalb der Plancklänge eintreten, wo Zeit und Raum keine entscheidende Rolle mehr spielen.

Manfred S schrieb:

ra-raisch schrieb: Naja, durch die Rotation bekommst Du die Ringsingularität nach der Kerrmetrik.

Verstehe ich das so, dass danach der Ring entweder senkrecht zur Ringebene singulär wäre, also eine flache Scheibe mit Loch oder ein flaches senkrechtes Band, oder in beiden Richtungen singulär wie ein sehr dünner Faden. In allen Fällen würde ich es nicht mit einem Donut vergleichen - mangels Volumen. Das Volumen geht gegen null, da mindestens eine Dimension gegen Null geht..

Die Kerrmetrik beschreibt ein Schwarzes Loch, das rotiert. Im Inneren ist aber keine Zentralsingularität sondern eine Ringsingularität. Den Ring kannst Du Dir als Kreis ohne Volumen vorstellen, wenn Du willst. Der Ereignishorizont ist aber in Polrichtung gestaucht (oblat). Richtig eingedellt (kürbisförmig) ist die Ergosphäre, daher der Doughnut, manche sprechen von Torus, was aber nicht so ganz stimmt.

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 01 Aug 2019 20:55 #54672

ra-raisch schrieb:
Die Kerrmetrik beschreibt ein Schwarzes Loch, das rotiert. Im Inneren ist aber keine Zentralsingularität sondern eine Ringsingularität. Den Ring kannst Du Dir als Kreis ohne Volumen vorstellen, wenn Du willst. Der Ereignishorizont ist aber in Polrichtung gestaucht (oblat). Richtig eingedellt (kürbisförmig) ist die Ergosphäre, daher der Doughnut, manche sprechen von Torus, was aber nicht so ganz stimmt.

Damit ist die Frage dieses Threats geklärt. Die Singularität ist kein Donut - höchstens der Ereignishorizont.

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 01 Aug 2019 22:16 #54688

Yukterez schrieb: Zwischen dem Ring befindet sich das Fenster in den negativen Raum, siehe DeVriess, S. 19, Tahvildar-Zadeh, 12:30, Madore und Stackexchange.

Interessanter Vortrag. Aber dem Herrn Tahvildar-Zadeh ging es weniger um Schwarze Löcher als um Elektronen. Und nicht jede mögliche Lösung der ART muss physikalisch real sein.

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 01 Aug 2019 22:39 #54689

Manfred S schrieb: Damit ist die Frage dieses Threats geklärt. Die Singularität ist kein Donut - höchstens der Ereignishorizont.

Falsch. Der Ereignishorizont ist kein Donut sondern ein Ellipsoid.

Manfred S schrieb: Aber dem Herrn Tahvildar-Zadeh ging es weniger um Schwarze Löcher als um Elektronen.

Das worüber der beim verlinkten Zeitstempel redet gilt auch für schwarze Löcher und nackte Singularitäten, siehe die anderen Referenzen im selben Beitrag und Burinskii, S. 1 ff.

Manfred S schrieb: Und nicht jede mögliche Lösung der ART muss physikalisch real sein.

Das hat auch keiner behauptet.

Nichtsdestotrotz,

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 01 Aug 2019 23:56 #54699

Manfred S schrieb: Die Singularität ist kein Donut - höchstens der Ereignishorizont.

Wie Yukterez schon sagte und ich ebenfalls oben:
Ausgehend von der Rinsingularität ergab sich die Vorstellung eines Torus, die dann in einen Donut verbessert wurde. Tatsächlich trifft der Donut oder Kürbis aber nur auf die Ergosphäre zu (in der ein Objekt mitrotieren muss) während der Ereignishorizont lediglich oblat ist, und wenn ich nicht irre maximal mit a = ²2z wobei z der Polradius ist und üblich wie in einer planen Ellipse als "b" bezeichnet wird.

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 02 Aug 2019 00:01 #54700

Yukterez,

wenn man das Verschmelzen zweier SL simuliert und daraus die Charakteristik von
Gravitationswellensignalen ableitet, legt man doch die Kerrmetrik schnell rotierender SL zugrunde.

Diese vielen Horizonte und deren geometrische Ausprägungen treffen nun zusammen mit den vielfälltigsten Verschmelzungsgeometrien. Spinrichtung der SL, Drehimpuls, Raumwinkel ihrer Annäherung, Geschwindigkeiten, wenn sie sich einander nähern und durch Abstrahlung von Gravitationsenergie aufeinander zuspiralieren.

Was passiert denn mit den inneren Kerrgeometrien beim Verschmelzen?

Gibt es darüber Simulationsmaterial?

Weißt du da was zu?

Thomas

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 02 Aug 2019 00:04 #54701

Thomas schrieb: Yukterez,

wenn man das Verschmelzen zweier SL simuliert und daraus die Charakteristik von
Gravitationswellensignalen ableitet, legt man doch die Kerrmetrik schnell rotierender SL zugrunde.

Das wird nicht möglich sein, denn ein Kerr-SL hat kein Quadrupolmoment und strahlt keine Gravitationswellen ab.

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 02 Aug 2019 00:21 #54702

ra-Raisch,

dass Gravitationswellen nicht von den beteiligten Einzel SL emittiert werden, ist klar.
Das hab ich aber auch nicht behauptet.
Gravitationswellen entstehen, wenn Massen beschleunigt werden.

Es ging mir um die Geometrien, die innerhalb des Ereignishorizonts eine Rolle spielen als auch ausserhalb, die beim sich Annähern höchst unterschiedlich sein können.

Thomas

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 02 Aug 2019 00:26 #54703

Ich verstehe, ja interessante Frage. Das Quadrupolmoment kenne ich insoweit eigentlich nur als hantelförmige Verteilung, die "Mikrogeometrie" (Abflachung der Hantelenden) dürfte dabei keine große Rolle spielen.

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 02 Aug 2019 00:28 #54704

Thomas schrieb: Was passiert denn mit den inneren Kerrgeometrien beim Verschmelzen? Gibt es darüber Simulationsmaterial? Weißt du da was zu?

Die Simulationen zum Verschmelzen von schwarzen Löchern laufen nach Koordinatenzeit, deswegen braucht man dabei nur bis knapp vorm Horizont zu rechnen. Allerdings gibt es Literatur zum Thema, das Stichwort nach dem man googeln muss ist Inner Kerr Geometry Perturbation

Mich selber erst in das Thema einlesen müsstend,

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Punktsingularität wirklich das einzige "Schwarze Loch"? Wie wärs mit nem Donut? 02 Aug 2019 10:14 #54706

Das Paper habe ich noch nicht gelesen.....

Wenn man bedenkt, mit welcher "Genauigkeit" die grobe Geometrie (Massenverteilung M : m) messbar ist, muss man sich über das Innenleben wohl noch keine Gedanken machen.

Andererseits geht es bei dieser Frage ja (neben der Masse) lediglich um den Drehimpuls der beiden beteiligten SL. Ich gehe davon aus, dass sie sich sicherlich in der selben Ebene drehen wie das Gesamtsystem. Dann bleiben als Varianten also Richtung und Stärke der Drehung.

Varianten Masse: M=m, M>m
Varianten Rotation gegenseitig: ω12, ω12
Varianten Rotation gegenläufig: ω1·ω2>0, ω1·ω2<0
Varianten Rotation zum System: ωo·ω1<0, ωo·ω1>0
Resultat: ωΣ(M+m)² = ωo(M+m)²+ω1·M²+ω2·m²
bzw ωΣ(M+m)² = ωo(M+m)²+ω1·m²+ω2·M²

Doch ob diese Rotationsvarianten eine deutliche Signatur hinterlassen, erscheint mir zweifelhaft. Sichbar dürfte einzig der anfängliche Drehimpuls des Systems ωo(M+m)² und das Endergebnis ωΣ(M+m)² sein. Naja mit den Massen kann man dann wohl auf die Einzeldrehimpulse rückschließen.

Achso, man sollte wohl auch die anfänglichen Drehimpulse der Einzelmassen im Gesamtsystem erkennen können ωoM² und ωom², ... ich denke, dass sie sich zwar exakt überlagern aber dennoch eine gemeinsame pulsierende Signatur hinterlassen, naja so wird man wohl sowieso die unterschiedlichen Massen M und m bzw Massenverteilung M:m berechnen.

Aber ist es nicht so, dass derartige Systeme sowieso synchronisiert sind und es gilt somit ω1 = ω2 = ωo .... in gleicher Weise wie sich die Inklinationen auf 0°=0 einstellen werden. Damit würden sich die obigen Varianten drastisch von 12 auf 2 reduzieren.

noch nicht gelesen habend:
Orbital Synchronization Capture of Two Binaries Emitting Gravitational Waves
arxiv.org/pdf/1801.02286.pdf

Wenn ich es richtig verstanden habe, geht er davon aus, dass sich zwei SL mangels Massentransfer nicht synchronisieren. Ich denke aber, dass es einen Energietransfer (Rotationsenergie) geben wird, dazu ist kein Massentransfer nötig. Oder schließt er genau dies in Kapitel 3 aus:
Therefore, the gravitational radiation alone would not be sufficient to realize the synchronization cap-ture
Rotationsenergie sieht für mich aber anders aus als reine Gravitationswellen. :dry:
Even if we take into account the variation of the parameters (n, tgw,s, D) by GW emission, the energy variation (apart from its sign) in eq.(23) is estimated to be at mostO[n1/2D3/2t−3/2gw,s] that is generally much smaller than the re-quired level δE.
Ich denke dabei aber eher an eine Phase größerer Entfernung als an die Endphase.

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