Musta reikä

Mikä on musta reikä:

Musta reikä on erittäin suurten avaruusilmiö (yleensä suurempi kuin aurinko) ja erittäin kompakti massa, joka johtaa niin voimakkaaseen gravitaatiokenttään, ettei hiukkasia tai säteilyä pääse ulos.

Ottaen huomioon, että jopa valo imetään, mustat reiät ovat näkymättömiä, ja niiden olemassaoloa osoittavat vain sen ympäristössä havaitut gravitaatiovaikutukset, erityisesti lähellä taivaankappaleita, jotka nyt houkuttelevat mustaan ​​reikään.

Teoriassa vain sellainen, joka liikkuu valon nopeutta suuremmalla nopeudella, kykenisi kestämään mustan aukon gravitaatiokentän. Tästä syystä ei ole mahdollista tietää varmasti, mitä tapahtuu imettävän asian suhteen.

Kuinka suuri on musta aukko?

Mustia reikiä on eri kokoisia. Alaikäisiä, joiden tiedetään olevan tiedossa, kutsutaan alkeellisiksi mustiksi reikiksi, ja niiden uskotaan olevan atomin koko, mutta vuoren kokonaismassa.

Keskikokoisia mustia reikiä (joiden massa on jopa 20 kertaa suurempi kuin aurinko) kutsutaan tähdiksi . Tässä luokassa pienin havaittu musta aukko on 3, 8-kertainen aurinkokertaan.

Suurimpia luetteloituja mustia reikiä kutsutaan supermassiveiksi, joita usein esiintyy galaksien keskellä. Esimerkiksi Linnunradan keskellä on Jousimies A, musta aukko, jonka massa vastaa 4 miljoonaa kertaa auringon massaa.

Tähän mennessä suurin tunnettu musta aukko on nimeltään S50014 + 81, jonka massa on 40 miljardia kertaa suurempi kuin auringon massa.

Miten mustat reiät muodostuvat?

Mustat reiät muodostuvat taivaankappaleiden gravitaatiokokouksista. Nämä ilmiöt ilmenevät, kun ruumiin sisäinen paine (yleensä tähdet) ei riitä oman massansa ylläpitämiseen. Joten kun tähden ydin romahtaa painovoiman takia, taivaankappale räjähtää vapauttamalla valtavia määriä energiaa supernovaksi kutsuttuun tapahtumaan.

Supernovan visuaalinen esitys.

Supernovan aikana sekunnin murto-osassa koko tähti pakataan sen ytimeen, kun se liikkuu noin 1/4 valon nopeudesta (mukaan lukien tällä hetkellä luodaan maailmankaikkeuden raskaimmat elementit).

Sitten räjähdys synnyttää neutronitähden tai, jos tähti on tarpeeksi suuri, tuloksena on mustan aukon muodostuminen, jonka astronominen määrä väkevää massa muodostaa edellä mainitun gravitaatiokentän. Siinä pakokaasunopeuden (nopeuden, joka on tarpeen jonkin hiukkasen tai säteilyn vastustamiseksi vetovoimasta) on oltava vähintään suurempi kuin valon nopeus.

Mustien reikien tyypit

Saksalainen teoreettinen fyysikko Albert Einstein muotoili hypoteeseihin liittyvän joukon hypoteeseja, jotka olivat perustana modernin fysiikan syntymiselle. Tätä ideoiden joukkoa kutsuttiin yleisen suhteellisuuden teoriaksi, jossa tiedemies teki useita innovatiivisia havaintoja mustien reikien gravitaatiovaikutuksista.

Einsteinille mustat reiät ovat "avaruusajan muodonmuutoksia, jotka johtuvat väkevän aineen suuren määrän". Hänen teoriansa edistivät alueen nopeaa etenemistä ja sallivat eri mustien reikien luokittelun:

Schwarzschildin musta aukko

Schwarzschildin mustat reiät ovat niitä, joilla ei ole sähkövaraa ja joilla ei myöskään ole kulmaimpulssia, eli ne eivät pyöri akselinsa ympäri.

Kerr Black Hole

Kerrin mustilla rei'illä ei ole sähkövaraa, mutta ne pyörivät akselinsa ympäri.

Reissner-Nordstromin musta reikä

Reissner-Nordstromin mustilla rei'illä on sähkövaraus, mutta ne eivät pyöri akselinsa ympäri.

Kerr-Newman Black Hole

Kerr-Newmanin mustat reiät ladataan sähköisesti ja pyörivät akselinsa ympäri.

Teoriassa kaikentyyppiset mustat reiät tulevat lopulta Schwarzschildin mustiksi reikiksi (staattiset ja sähköiset varaukset), kun ne menettävät tarpeeksi energiaa ja pysähtyvät. Tätä ilmiötä kutsutaan Penrose-prosessiksi . Näissä tapauksissa ainoa tapa erottaa yksi musta aukko Schwarzschildista toisesta on mitata sen massa.

Mustan aukon rakenne

Mustat reiät ovat näkymättömiä, koska niiden gravitaatiokenttä on väistämätön jopa valolle. Niinpä mustalla aukolla on pimeä pinta, josta mikään ei heijastu, eikä ole mitään todisteita siitä, mitä tapahtuu siihen imeytyneisiin elementteihin. Kuitenkin havainnoimalla vaikutuksia, joita ne aiheuttavat ympäristössään, tiede rakentaa mustat reiät tapahtumien horisontissa, singulaarisuudessa ja ergosfäärissä .

Horisontti tapahtumista

Mustan reiän gravitaatiokentän rajaa, josta mitään ei havaita, kutsutaan tapahtumakatsomukseksi tai paluumatkalle .

NASAn saatavilla oleva tapahtumakentän graafinen esitys, jossa havaitaan täydellinen pallo, josta ei valoa.

Vaikka se on itse asiassa vain gravitaatiovaikutuksia, tapahtuma-horisonttia pidetään osana mustan aukon rakennetta, koska se on ilmiön havaittavan alueen alku.

On tunnettua, että sen muoto on täysin pallomainen staattisissa mustissa rei'issä ja vinosti pyörivissä mustissa rei'issä.

Ajan gravitaatiomodulaation takia mustan reiän massan vaikutus avaruusaikaan aiheuttaa tapahtuman horisontin, jopa sen alueen ulkopuolella, että sillä on seuraavat vaikutukset:

  • Kaukaiselle tarkkailijalle tapahtuma-ajankohdan lähellä oleva kello siirtyisi hitaammin kuin toinen kauempana. Niinpä mikä tahansa objekti, joka imetään mustaan ​​reikään, näyttäisi hidastuvan, kunnes se tuntuu ajoissa halvaantuneena.
  • Etäisen tarkkailijan kohdalla tapahtuma-horisonttiin lähestyvä objekti ottaisi punertavan värisävyn, joka johtuu punaisesta siirtymästä tunnetusta fyysisestä ilmiöstä, koska mustan aukon gravitaatiokenttä vähentää valon taajuutta.
  • Objektin näkökulmasta aika kulkisi nopeutetulla nopeudella koko maailmankaikkeudelle, kun taas itse aika kulkisi normaalisti.

omituisuus

Mustan aukon keskipiste, jossa tähti on tullut äärettömän keskittyneeksi, on nimeltään singulaarisuus, josta siitä vähän tiedetään. Teoriassa singulaarisuus sisältää romautuneen tähden täyden massan, joka on lisätty kaikkien painovoimakentän imemien kappaleiden massaan, mutta jolla ei ole tilavuutta tai pintaa.

ergosfääri

Ergosfääri on alue, joka kiertää tapahtuman horisonttia pyörivissä mustissa rei'issä, joissa taivaankappaleen on mahdotonta pysyä paikallaan.

Einsteinin suhteellisuuden mukaan mikä tahansa pyörivä kohde pyrkii vetämään avaruusaikaa lähelle sitä. Pyörivässä mustassa aukossa tämä vaikutus on niin vahva, että taivaallinen runko olisi välttämätön liikkua vastakkaiseen suuntaan, kun valon nopeus pysyy paikallaan.

On tärkeää olla sekoittamatta ergosfäärin vaikutuksia tapahtuman horisontin vaikutuksiin. Ergosfääri ei houkuttele esineitä gravitaatiokentällä. Näin ollen kaikki se, joka sen kanssa koskettaa, siirtyy vain avaruusaikaan, ja se houkuttelee vain, jos se leikkaa tapahtuma-horisontin.

Stephen Hawkingin teoriat mustista reikistä

Stephen Hawking oli yksi 20. ja 21. vuosisadan vaikutusvaltaisimmista fysiikoista ja kosmologeista. Hänen lukuisista panoksistaan ​​Hawking ratkaisi useita Einsteinin ehdottamia lauseita, jotka ovat vaikuttaneet siihen, että maailmankaikkeus alkoi yksinkertaisuudessa, vahvistamalla edelleen ns . Big Bang .

Hawking uskoi myös, että mustat reiät eivät ole täysin mustia, vaan säteilevät pieniä määriä lämpösäteilyä. Tämä vaikutus oli tiedossa fysiikassa Hawking Radiation . Tämä teoria ennustaa, että mustat reiät menettävät massansa vapautuneen säteilyn kanssa, ja erittäin hitaassa prosessissa se vähenisi, kunnes se katoaa.