Der gravitomagnetische Mechanismus der Quasare und der Jets

von

Werner Traupe
 

Eine Besonderheit der gravitomagnetischen Lorentzkraft im Innern von Rotationskörpern hoher Dichte, bei denen die Zentrifugalkraft selbst bei hohen Drehzahlen gegenüber der Schwerkraft zu vernachlässigen ist, führt auf folgendes Phänomen:

Da diese Körper trotz starker Rotation wegen ihrer hohen Dichte ohne die gravitomagnetische Lorentzkraft F_L nahezu Kugelform haben, nehmen sie allerdings durch eine entsprechend große Lorentzkraft etwa die Form eines Rotationsellipsoids an, wie die Abbildung D11 zeigt. Denn die gravitomagnetische Lorentzkraft F_L (vgl. Gl. (B.30a), s. Homepage des Verfassers) ist im Innern dieser Rotationskörper mit ihrer radialen Komponente (senkrecht zur Rotationsachse) immer  auf die Rotationsachse hin gerichtet - unabhängig von der Drehrichtung und der Schwerepolarität m des rotierenden Körpers . Die radiale Komponente der Lorentzkraft erhöht daher den Druck auf das Zentrum und verformt den rotierenden Körper zu einem Rotationsellipsoiden mit langgestreckter Achse in Nord-Süd-Richtung. Insbesondere besitzt die gravitomagnetische Lorentzkraft F_L eine axiale Komponente (parallel zur Rotationsachse), die vom Zentrum in Richtung auf die Pole zeigt  - ebenfalls unabhängig von der Drehrichtung und der Schwerepolarität m des rotierenden Körpers . Da auch an den Polen und über ihnen bis weit in den Raum hinein eine axiale Komponente der Lorentzkraft F_L vorhanden ist, kann aus Nord- und Südpol Materie in Form von Jets ausgestoßen werden. Bei analogen Vorgängen der Elektrodynamik gilt genau das Gegenteil: Im Falle eines rotierenden elektrisch geladenen Körpers mit Ladungen gleicher Polarität und homogener Dichte ist die radiale Komponente der elektrodynamischen

                                                                                                                                        
    Abb. D11: Rechts: Rotationskörper hoher Dichte mit gravitomagnetischem Moment μ. Rotationsachse: Nord-Süd-Richtung.  Links: Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse mit Blickrichtung von S nach N.

Lorentzkraft (vgl. Gl. (B.29a), s. Homepage des Verfassers) von der Achse weg nach außen und die axiale auf das Zentrum hin gerichtet. Über Nord und Südpol fokussiert das gravitomagnetische X-Feld durch die radiale Komponente der gravitomagnetischen Lorentzkraft F_L  die Jets, die über den Polen wegen der axialen Komponente von F_L weiter beschleunigt werden. Die Beschleunigung ist besonders groß, wenn bei sehr großer gravitomagnetischer Lorentzkraft die große Achse des Rotationskörpers  in Nord-Süd-Richtung relativ zum Durchmesser sehr lang ist, so dass an den Polen nur eine geringe Schwerkraft gegenüber der axialen Komponente der Lorentzkraft herrscht und damit die Jetmaterie die Pole leichter verlassen kann (vgl. Abb. B5d, s. "Gravitomagnete")

 Durch den Abfluss der Jetmaterie von den Polen und durch äquatorialen Massenzufluss (Akkretion) strömt zum Ausgleich bei großer gravitomagnetischer Feldstärke und entsprechend großer radialer und  axialer Lorentzkraft im Innern des Rotationskörpers heiße Materie des Zentrums zu den Polen und heizt diese auf, so dass diese Körper eine enorme Leuchtkraft erhalten – wie bei Quasaren beobachtet.

Große gravitomagnetische Feldstärken entstehen beim Kollaps eines massereichen Sterns etwa zu einem Neutronenstern dadurch, dass durch die  Zunahme  der Rotation  des kollabierenden  Sterns  (Drehimpulserhaltung) auch die  Schwerkraftmagnetfeldstärke X zunimmt. Nach Gleichung (B.34)

(Induktionsgesetz, s. Homepage  des Verfassers ) sorgt dann der Rotor der Schwerkraftfeldstärke G nicht nur für eine zusätzliche Zunahme der Rotation des Neutronensterns sondern auch für einen Drall ("Spin") der Neutronen, die wiederum die Schwerkraft-Magnetfeldstärke erhöhen.

Die Jetmaterie über den Polen bewegt sich wegen der gravitomagnetischen Lorentzkraft F_L auf schraubenförmigen Bahnen um die X-Feldlinien. Dabei wird von der Jetmaterie gravitomagnetische Synchrotronstrahlung  und wegen der unterschiedlich hohen Geschwindigkeiten von Elektronen und Protonen hauptsächlich von den Elektronen des Jetplasmas elektromagnetische Synchrotronstrahlung  ausgesandt. Die Leistung L der elektromagnetischen Synchrotronstrahlung berechnet sich z. B. im Falle von Teilchengeschwindigkeiten v<<c laut Elektrodynamik zu (cgs-System):

Setzt man nun für die Beschleunigung nach Gl. B.30a (s. Homepage des Verfassers)

so erhält man für L:

oder unter Benutzung der Komponente v_┴ (senkrecht zu X) von v :

In diese Gleichung sind für  v_┴ bzw. q  im Falle eines Wasserstoffplasmas die Geschwindigkeit und Ladung der Elektronen bzw. der Protonen einzusetzen. Da die Elektronen die absolut gleiche Ladung q und die gleiche spezifische Schwere s_m = m/ m_tr aber eine größere Geschwindigkeit v besitzen als die Protonen, ist hauptsächlich mit einer elektromagnetischen Synchrotronstrahlung der Elektronen zu rechnen.

Die Synchrotronfrequenz der Teilchen berechnet sich mit Hilfe der Kreisbeschleunigung der schraubenförmigen Bahnen mit dem Radius r zu:

Nun gilt für die Kreisfrequenz schraubenförmiger Bahnen:

Einsetzen von (D.43) in (D.42) liefert die Synchrotron-Kreisfrequenz:

Da die spezifische Schwere s_m = m/m_tr  für Elektronen und Protonen gleich ist, rotieren beide elektromagnetisch wegen (D.44) im Falle  v<<c unabhängig von ihrer Geschwindigkeit mit einer nur von X  abhängigen Frequenz, strahlen jedoch nach (D.41) wegen unterschiedlicher Geschwindigkeiten mit unterschiedlicher Leistung. 

Neben dieser elektromagnetischen Synchrotronstrahlung, die allein auf die Wirkung des Schwerkraftmagnetfeldes X zurückgeführt werden kann, findet – wie oben erwähnt – auch ein Zufluss an Energie durch die gravitomagnetische Synchrotronstrahlung in Richtung auf das Jetplasma statt. Die Größenordnung dieses Energiezuflusses aus dem umgebenden Vakuum („aus dem Nichts“) ist allerdings schwer anzugeben.