Fekete lyuk
Mi az a fekete lyuk:
A fekete lyuk olyan térbeli jelenség, amely nagyon nagy arányban van (általában nagyobb, mint a nap) és rendkívül kompakt tömege, ami olyan erős gravitációs mezőt eredményez, hogy a részecske vagy a sugárzás nem juthat ki.
Figyelembe véve, hogy még a fény is beszívódik, a fekete lyukak láthatatlanok és létezésüket csak a környéken megfigyelhető gravitációs következmények bizonyítják, különösen a közeli égi testek keringő változásai miatt, amelyek most vonzódnak a fekete lyukhoz.
Elméletileg csak a fénysebességnél nagyobb sebességgel mozoghat egy fekete lyuk gravitációs mezője. Emiatt nem lehet biztosan tudni, hogy mi történik a szopott anyaggal.
Mekkora egy fekete lyuk?
A fekete lyukak különböző méretűek. A tudományban ismert kiskorúakat elsődleges fekete lyukaknak nevezik, és úgy vélik, hogy egy atom mérete, de egy hegy teljes tömege.
A közepes fekete lyukakat (amelyek tömege legfeljebb a nap teljes tömegének 20-szorosa) nevezik csillagnak . Ebben a kategóriában a legkisebb felfedezett fekete lyuk 3, 8-szorosa a naptömegnek.
A legnagyobb katalogizált fekete lyukakat szupermasszívnak nevezik, gyakran a galaxisok közepén. Például, a Tejút közepén A Nyilas A, egy fekete lyuk, amelynek tömege 4 milliószor nagyobb a nap tömegének.
Eddig a legnagyobb ismert fekete lyukat S50014 + 81-nek nevezik, amelynek tömege negyvenmilliárdszorosa a nap tömegének.
Hogyan formálódnak a fekete lyukak?
A fekete lyukakat az égi testek gravitációs összeomlásai képezik. Ezek a jelenségek akkor jelentkeznek, amikor a test belső nyomása (általában csillag) nem elegendő a saját tömegének fenntartásához. Tehát amikor a csillag magja összeomlik a gravitáció miatt, az égi test felrobban, és hatalmas mennyiségű energiát bocsát ki egy szupernóva néven ismert eseményre.
A szupernóva vizuális ábrázolása.
A szupernóva alatt a másodperc töredékében a csillag teljes tömege a fénysebesség kb. 1/4-ében mozogva magába tömörül (beleértve a világegyetem legnehezebb elemeit is).
Ekkor a robbanás egy neutroncsillagot eredményez, vagy ha a csillag elég nagy, akkor az eredmény egy fekete lyuk kialakulása, amelynek csillagászati mennyisége a koncentrált tömegben megteremti a fent említett gravitációs mezőt. Ebben a menekülési sebességnek (a részecske vagy sugárzásnak a vonzás ellenállásához szükséges sebesség) legalább a fénysebességnél kell lennie.
A fekete lyukak típusai
Albert Einstein német elméleti fizikus megfogalmazta a gravitációval kapcsolatos hipotézisek halmazát, amely a modern fizika kialakulásának alapjául szolgált. Ezt az elképzeléseket az általános relativitáselméletnek nevezték, amelyben a tudós több innovatív megfigyelést készített a fekete lyukak gravitációs hatásairól.
Az Einstein számára a fekete lyukak a "térbeli idő alakváltozása a koncentrált anyag hatalmas mennyisége miatt". Az elméletek elősegítették a terület gyors fejlődését, és lehetővé tették a különböző típusú fekete lyukak besorolását:
Schwarzschild fekete lyuk
A Schwarzschild fekete lyukai azok, amelyek nem rendelkeznek elektromos töltéssel és nem rendelkeznek szögletes impulzussal, azaz nem forognak a tengelye körül.
Kerr fekete lyuk
Kerr fekete lyukain nincs elektromos töltés, de a tengelyük körül forognak.
Reissner-Nordstrom fekete lyuk
A Reissner-Nordstrom fekete lyukak elektromos töltéssel rendelkeznek, de nem forognak a tengelyük körül.
Kerr-Newman fekete lyuk
A Kerr-Newman fekete lyukai elektromosan feltöltődnek és a tengelyük körül forognak.
Elméletileg mindenféle fekete lyuk végül Schwarzschild fekete lyukakké válik (statikus és nem elektromos töltés), amikor elég energiát veszítenek, és megállnak a forgás. Ezt a jelenséget Penrose-folyamatnak nevezik. Ezekben az esetekben az egyetlen módja annak, hogy megkülönböztessük egy fekete lyukat a Schwarzschildtól a másiktól, annak tömegének mérésével.
A fekete lyuk felépítése
A fekete lyukak láthatatlanok, mivel gravitációs mezőjük elkerülhetetlen még a fény számára is. A fekete lyuknak tehát olyan sötét felülete van, amelyből nem tükröződik semmi, és nincs bizonyíték arra, hogy mi történik azokkal az elemekkel, amelyek be vannak szívva. A környezeteik által okozott hatások megfigyeléséből azonban a tudomány struktúrálja a fekete lyukakat az eseményhorizonton, az egyediségben és az ergoszférában .
Az események horizontja
A fekete lyuk gravitációs mezőjének határát, amelyből semmit nem figyeltek meg, az eseményhorizontnak vagy visszatérési pontnak nevezik.
A NASA által rendelkezésre bocsátott eseményhorizont grafikus ábrázolása, amelyben egy tökéletes gömb látható, ahonnan nincs fény.
Bár valójában csak gravitációs következmények, az eseményhorizont a fekete lyuk szerkezetének része, mivel ez a jelenség megfigyelhető területének kezdete.
Ismert, hogy alakja tökéletesen gömb alakú statikus fekete lyukakban és ferde fekete forgólyukakban.
Az idő gravitációs dilatációja miatt a fekete lyuk tömegének a téridőre gyakorolt hatása az eseményhorizontot, még a hatótávolságon túl is, az alábbi hatásokkal jár:
- Egy távoli megfigyelőhöz az eseményhorizont közelében lévő óra lassabban mozogna, mint egy másik távolabb. Így úgy tűnik, hogy a fekete lyukba beszívott tárgyak lassulnak addig, amíg időben nem látszik bénulni.
- Egy távoli megfigyelő esetében az eseményhorizonthoz közelítő objektum vöröses árnyalatúvá válna, ami a vöröseltolódásnak nevezett fizikai jelenség következménye, mivel a fényfrekvenciát a fekete lyuk gravitációs mezője csökkenti.
- Az objektum szempontjából az idő az egész világegyetem gyorsított sebességén megy át, míg az idő normálisan megy át.
különösség
A fekete lyuk központi pontja, ahol a csillag tömege végtelenül koncentrált, úgynevezett szingularitásnak nevezik, amelyről kevés tudni. Elméletileg a szingularitás az összeomlott csillag teljes tömegét tartalmazza, amely hozzá van adva a gravitációs mező által beszívott összes test tömegéhez, de nincs térfogata vagy felülete.
ergosphere
Az ergoszféra olyan terület, amely megkerüli az eseményhorizontot a forgó fekete lyukakban, ahol lehetetlen egy égi test állni.
Einstein relativitása szerint azonban bármelyik forgó objektum közelebb húzza a téridőt. Egy forgó fekete lyukban ez a hatás olyan erős, hogy egy égi testnek meg kell mozdulnia az ellenkező irányban a fénynél nagyobb sebességgel, hogy maradjon helyben.
Fontos, hogy ne keverjük össze az ergoszféra hatásait az eseményhorizont hatásával. Az ergoszféra nem vonzza a gravitációs mezőbe tárgyakat . Így bármi, ami érintkezésbe kerül vele, csak téridőn belül eltolódik, és csak akkor vonzódik, ha keresztezi az eseményhorizontot.
Stephen Hawking elméletek a fekete lyukakról
Stephen Hawking a 20. és 21. század egyik legbefolyásosabb fizikusa és kozmológusa volt, számos közreműködésében Hawking számos Einstein által javasolt tételt oldott meg, amelyek hozzájárultak ahhoz, hogy az univerzum elkezdődött az univerzumban, tovább erősítve az ún . Big Bang .
Hawking azt is hitte, hogy a fekete lyukak nem teljesen feketeak, de kis mennyiségű termikus sugárzást bocsátanak ki. Ez a hatás a fizikában Hawking Radiation néven ismert. Ez az elmélet azt jósolja, hogy a fekete lyukak elveszítik a tömegét a felszabaduló sugárzással, és egy rendkívül lassú folyamatban eltűnne, amíg eltűnik.
