Gravitation und Physik kompakter Objekte

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2 Gravitation und Physik kompakter Objekte

3 Max Camenzind Gravitation und Physik kompakter Objekte Eine Einführung in die Welt der Weißen Zwerge, Neutronensterne und Schwarzen Löcher

4 Max Camenzind Heidelberg, Deutschland ISBN DOI / ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliogra e; detaillierte bibliogra sche Daten sind im Internet über abrufbar. Springer Spektrum Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014, 2016 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikrover lmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz- Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Planung: Margit Maly Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Berlin Heidelberg ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media (

5 Vorwort Weiße Zwerge, Neutronensterne und Schwarze Löcher sind die langlebigsten Objekte des Universums. In 100 Milliarden Jahren wird die Milchstraße nur noch aus diesen Objekten bestehen, zusammen mit kühlen Braunen Zwergen und Planeten. Diese kompakten Objekte sind die Reste der Entwicklung massearmer und massereicher Sterne. Die Materie hat sich so weit entwickelt, dass Fusionsprozesse nicht mehr weiter ablaufen können. Massearme Sterne enden unspektakulär als Weiße Zwerge, massereiche sehr spektakulär in einer Supernova und lassen Neutronensterne oder Schwarze Löcher zurück. Unsere Milchstraße enthält heute etwa 300 Milliarden normale Sterne, einige Milliarden Weiße Zwerge, 100 Millionen Neutronensterne und etwa eine Million Schwarze Löcher, neben vielen Braunen Zwergen, Planeten und Asteroiden. Zusätzlich sitzt im Zentrum der Milchstraße ein supermassereiches Schwarzes Loch von vier Millionen Sonnenmassen, das nur über die Gravitation im Außenraum nachgewiesen werden kann die Mitglieder des Sternhaufens im Zentrum der Galaxis laufen auf elliptischen Bahnen wie von unsichtbarer Hand gelenkt um ein dunkles gravitatives Zentrum. Während in Weißen Zwergen und Neutronensternen der Quantendruck der Fermionen (Elektronen, Neutronen oder Quarks) der Gravitation die Stirn bietet, spielt Materie überhaupt keine Rolle im Konzept der Schwarzen Löcher Schwarze Löcher sind reine Geometrie und damit etwas völlig Neuartiges in der Astrophysik. Aussagen wie extrem hohe Dichte in Schwarzen Löchern sind völliger Unsinn und zeugen von großem Unverständnis der Sachlage es sei denn, es ist damit die Vakuumdichte gemeint. Seit der ersten Konstruktion einer Schwarz-Loch-Lösung durch Karl Schwarzschild im Jahre 1916 hat sich in den Grundlagen der Physik viel verändert. Wir wissen heute, dass etwa das Vakuum einer nicht-abelschen Eichtheorie wie das der Quantenchromodynamik sehr komplex aussehen kann Vakuum bedeutet nicht Nichts, sondern den energetischen Grundzustand eines Quantenfeldes und das kann ziemlich kompliziert ausfallen. Das Innere eines Schwarzen Lochs ist Vakuum nach Definition doch welches Vakuum ist gemeint? In diesem Buch wird die Sicht eines Physikers auf die Physik der kompakten Objekte entwickelt. Der Autor hat über 20 Jahre lang in Vorlesungen an der Universität in Heidelberg und an der Technischen Universität in Darmstadt diese Sicht entwickelt und immer wieder verbessert. In den letzten 25 Jahren hat sich die Physik dieser Objekte rasant entwickelt und doch sind viele Fragen nach wie vor offen: Welche Kräfte herrschen zwischen den Neutronen im Innern von Neutronensternen? Wie funktioniert ein Radiopulsar wirklich? Was spielt sich im Innern eines Schwarzen Lochs wirklich ab? Warum haben Neutronensterne genau