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Dense stellar systems and massive black holes

Dichte stellare Systeme und massive Schwarze Löcher

  • Gravity dictates the structure of the whole Universe and, although it is triumphantly described by the theory of General Relativity, it is the force that we least understand in nature. One of the cardinal predictions of this theory are black holes. Massive, dark objects are found in the majority of galaxies. Our own galactic center very contains such an object with a mass of about four million solar masses. Are these objects supermassive black holes (SMBHs), or do we need alternatives? The answer lies in the event horizon, the characteristic that defines a black hole. The key to probe the horizon is to model the movement of stars around a SMBH, and the interactions between them, and look for deviations from real observations. Nuclear star clusters harboring a massive, dark object with a mass of up to ~ ten million solar masses are good testbeds to probe the event horizon of the potential SMBH with stars. The channel for interactions between stars and the central MBH are the fact that (a) compact stars and stellar-mass black holes canGravity dictates the structure of the whole Universe and, although it is triumphantly described by the theory of General Relativity, it is the force that we least understand in nature. One of the cardinal predictions of this theory are black holes. Massive, dark objects are found in the majority of galaxies. Our own galactic center very contains such an object with a mass of about four million solar masses. Are these objects supermassive black holes (SMBHs), or do we need alternatives? The answer lies in the event horizon, the characteristic that defines a black hole. The key to probe the horizon is to model the movement of stars around a SMBH, and the interactions between them, and look for deviations from real observations. Nuclear star clusters harboring a massive, dark object with a mass of up to ~ ten million solar masses are good testbeds to probe the event horizon of the potential SMBH with stars. The channel for interactions between stars and the central MBH are the fact that (a) compact stars and stellar-mass black holes can gradually inspiral into the SMBH due to the emission of gravitational radiation, which is known as an “Extreme Mass Ratio Inspiral” (EMRI), and (b) stars can produce gases which will be accreted by the SMBH through normal stellar evolution, or by collisions and disruptions brought about by the strong central tidal field. Such processes can contribute significantly to the mass of the SMBH. These two processes involve different disciplines, which combined will provide us with detailed information about the fabric of space and time. In this habilitation I present nine articles of my recent work directly related with these topics.show moreshow less
  • Die Gravitation bestimmt die Struktur des ganzen Universums und ist, obwohl sie mit großem Erfolg durch die Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben wird, die am wenigsten verstandene Kraft in der Natur. Eine der grundsätzlichsten Vorhersagen dieser Theorie sind Schwarze Löcher. Massive, dunkle Objekte befinden sich in einem Großteil aller Galaxien. Das Zentrum unserer eigenen Galaxis enthält solch ein Objekt mit einer Masse von etwa vier Millionen Sonnenmassen. Sind diese Objekte supermassive Schwarze Löcher oder brauchen wir Alternativen? Die Antwort liegt im Ereignishorizont, der Eigenschaft, die ein Schwarzes Loch definiert. Der Schlüssel um den Ereignishorizont zu untersuchen ist, die Bewegungen der Sterne um eine Supermassives Schwarzes Loch zu modellieren, sowie deren Interaktionen, und nach Abweichungen von unseren Erwartungen in echten Beobachtungen zu suchen. Zentrale Sternhaufen, die ein massives, dunkles Objekt mit einer Masse bis zu ∼ zehn Millionen Sonnenmassen enthalten, sind gute Laborarien um denDie Gravitation bestimmt die Struktur des ganzen Universums und ist, obwohl sie mit großem Erfolg durch die Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben wird, die am wenigsten verstandene Kraft in der Natur. Eine der grundsätzlichsten Vorhersagen dieser Theorie sind Schwarze Löcher. Massive, dunkle Objekte befinden sich in einem Großteil aller Galaxien. Das Zentrum unserer eigenen Galaxis enthält solch ein Objekt mit einer Masse von etwa vier Millionen Sonnenmassen. Sind diese Objekte supermassive Schwarze Löcher oder brauchen wir Alternativen? Die Antwort liegt im Ereignishorizont, der Eigenschaft, die ein Schwarzes Loch definiert. Der Schlüssel um den Ereignishorizont zu untersuchen ist, die Bewegungen der Sterne um eine Supermassives Schwarzes Loch zu modellieren, sowie deren Interaktionen, und nach Abweichungen von unseren Erwartungen in echten Beobachtungen zu suchen. Zentrale Sternhaufen, die ein massives, dunkles Objekt mit einer Masse bis zu ∼ zehn Millionen Sonnenmassen enthalten, sind gute Laborarien um den Ereignishorizont eines möglichen supermassiven Schwarzen Lochs mit Hilfe von Sternen zu untersuchen. Die Kanäle für mögliche Wechselwirkungen zwischen Sternen und einem zentralen Schwarzen Loch sind: (a) Kompakte Sternreste und stellare Schwarze Löcher können durch die Emission von Gravitationswellen allmählich auf spiralförmigen Orbits in das supermassive Schwarze Loch fallen, was als “Extreme Mass Ratio Inspiral” (EMRI) bezeichent wird. (b) Durch normale Sternentwicklung (Sternwinde) sowie durch Sternkollisionen oder Zerstörung von Sternen im starken zentralen Gezeitenfeld kann Gas freigesetzt werden, welches anschließend vom supermassiven Schwarzen Loch akkretiert werden kann. Solche Prozesse können wesentlich zur Masse eines Supermassiven Schwarzen Lochs beitragen. Die beiden Prozesse (a und b) beinhalten verschiedene astrophysikalische Aspekte, welche uns in ihrer Kombination mit detaillierter Information über die Beschaffenheit der Raumzeit versorgen. In dieser Habilitationsschrift präsentiere ich neun Artikel aus meiner jüngeren Forschungsarbeit, welche direkt Probleme aus diesen Themenbereichen behandeln.show moreshow less

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Metadaten
Author:Pau Amaro-SeoaneORCiDGND
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus4-95439
Subtitle (English):sources of gravitational radiation and tidal disruptions
Subtitle (German):Quellen von Gravitationsstrahlung und Gezeiten-Sternzerissereignissen
Document Type:Habilitation
Language:English
Year of Completion:2016
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2016/08/26
Release Date:2016/09/26
Tag:Gravitationswellen; Stellardynamik; allgemeine Relativitätstheorie; massive Schwarze Löcher
general relativity; gravitational waves; massive black holes; stellar dynamics
Pagenumber:239
RVK - Regensburg Classification:US 1080, US 3350, US 3100
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik und Astronomie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 52 Astronomie / 520 Astronomie und zugeordnete Wissenschaften
Licence (German):License LogoKeine Nutzungslizenz vergeben - es gilt das deutsche Urheberrecht