Sort hul

Hvad er et sort hul:

Et sort hul er et rumfænomen med meget store proportioner (normalt større end solen) og ekstremt kompakt masse, hvilket resulterer i et tyngdefelt så stærkt, at ingen partikel eller stråling kan komme ud.

I betragtning af at selv lys suges, er sorte huller usynlige, og deres eksistens er kun bevist af de gravitationsmæssige konsekvenser, der kan observeres i omgivelserne, især ved kredsløbsændringer i nær himmellegemer, som nu tiltrækkes af det sorte hul.

I teorien vil kun noget, der bevæger sig med en hastighed, der er større end lysets hastighed, være i stand til at modstå gravitationsfeltet i et sort hul. Af denne grund er det ikke muligt at vide helt sikkert, hvad der sker med sagen, der suges.

Hvor stor er et sort hul?

Sort huller findes i forskellige størrelser. Mindreårige kendt for videnskab kaldes primordiale sorte huller og antages at være størrelsen af ​​et atom, men med den samlede masse af et bjerg.

Mellemstore sorte huller (hvis masse er op til 20 gange solens samlede masse) kaldes stjernernes . I denne kategori har det mindste svarte hul opdaget 3, 8 gange solens masse.

De største sorte huller, der er katalogiseret, kaldes supermassive, som ofte findes i centrum af galakser. Som et eksempel er skovtur A i midten af ​​Melkevejen et sort hul med en masse svarende til 4 millioner gange solens masse.

Hidtil er det største kendte sorte hul kaldet S50014 + 81, hvis masse svarer til 40 milliarder gange solens masse.

Hvordan danner der sorte huller?

Sorte huller er dannet ud fra gravitationskollaps af himmellegemer. Disse fænomener opstår, når det indre tryk i et legeme (normalt stjerner) er utilstrækkeligt til at opretholde sin egen masse. Så når stjernens kerne kollapser på grund af tyngdekraften, eksploderer den himmelske krop frigør enorme mængder energi til en begivenhed kendt som en supernova .

Visuel repræsentation af en supernova.

Under supernova, i en brøkdel af et sekund, komprimeres hele massen af ​​stjernen til sin kerne, mens den bevæger sig omkring 1/4 af lysets hastighed (herunder i dette øjeblik skabes de tungeste elementer i universet).

Derefter vil eksplosionen give anledning til en neutronstjerne, eller hvis stjernen er stor nok, vil resultatet være dannelsen af ​​et sort hul, hvis astronomiske mængde koncentreret masse skaber det førnævnte tyngdefelt. I den skal flugthastigheden (hastighed, der er nødvendig for at nogle partikler eller stråling skal modstå tiltrækningen) være mindst større end lysets hastighed.

Typer af sorte huller

Den tyske teoretiske fysiker Albert Einstein formulerede et sæt hypoteser relateret til gravitation, der tjente som grundlag for fremkomsten af ​​moderne fysik. Dette sæt af ideer blev kaldt Theory of General Relativity, hvor forskeren lavede flere innovative observationer om svinghullers tyngdekraftvirkninger.

For Einstein er svarte huller "deformationer i rumtiden forårsaget af den massive mængde koncentreret stof". Hans teorier fremmer en hurtig udvikling i området og muliggjorde klassificering af de forskellige typer af sorte huller:

Schwarzschild sort hul

De sorte huller i Schwarzschild er dem, der ikke har elektrisk ladning, og de har heller ikke vinkelimpulser, det vil sige ikke dreje rundt om sin akse.

Kerr Black Hole

Kerrs sorte huller har ingen elektrisk ladning, men de drejer sig om deres akse.

Reissner-Nordstrom Black Hole

Reissner-Nordstroms sorte huller har elektrisk ladning, men roterer ikke rundt om deres akse.

Kerr-Newman Black Hole

De sorte huller i Kerr-Newman er elektrisk opladede og roterer rundt om deres akse.

I teorien bliver alle typer sorte huller til sidst Schwarzschild sorte huller (statisk og ingen elektrisk ladning), når de taber nok energi og holder op med at rotere. Dette fænomen er kendt som Penrose-processen . I disse tilfælde er den eneste måde at differentiere et sort hul fra Schwarzschild fra en anden ved at måle sin masse.

Struktur af et sort hul

Sorte huller er usynlige, da deres tyngdekraft er uundgåeligt selv for lys. Således har et sort hul udseende af en mørk overflade, hvorfra der ikke afspejles noget, og der er intet bevis for, hvad der sker med de elementer, der suges ind i det. Men fra observationen af ​​de virkninger, de forårsager i deres omgivelser, strukturerer videnskaben de sorte huller i hændelseshorisont, singularitet og ergosfære .

Hændelseshorisont

Grænsen for gravitationsfeltet i det sorte hul, hvorfra der ikke observeres noget, hedder begivenhedshorisonten eller det punkt, hvor der ikke er nogen tilbagevenden .

Grafisk gengivelse af en hændelseshorisont, der stilles til rådighed af NASA, hvor en perfekt kugle observeres fra, hvor der ikke udsendes noget lys.

Selv om det kun er gravitationsmæssige konsekvenser, betragtes hændelseshorisonten som en del af strukturen af ​​et sort hul, fordi det er starten på det observerbare område af fænomenet.

Det er kendt, at dets form er perfekt sfærisk i statiske sorte huller og skrå i roterende sorte huller.

På grund af den tyngdekraftige udvidelse af tiden bevirker indflydelsen af ​​sort hulmasse på rumtiden, at hændelseshorisonten, endog ud over dens rækkevidde, har følgende effekter:

  • Til en fjern observatør ville et ur nær arrangementshorisonten bevæge sig langsommere end en anden længere væk. Således vil ethvert objekt, der suges ind i det sorte hul, synes at aftage, indtil det virker lammet i tid.
  • For en fjern observatør vil objektet, der nærmer sig hændelseshorisonten, antage en rødlig nuance, en konsekvens af det fysiske fænomen, der er kendt som redshift, da lysets frekvens reduceres af det sorte hulles tyngdekraft.
  • Fra objektets synsvinkel ville tiden passere hurtigere for hele universet, mens tiden for sig selv ville passere normalt.

singularitet

Det centrale punkt i et sort hul, hvor stjernens masse er blevet uendeligt koncentreret kaldes singularitet, hvoraf lidt er kendt om det. I teorien indeholder singulariteten den samlede masse af stjernen, der kollapsede, tilføjet til massen af ​​alle kroppe suget af gravitationsfeltet, men har ikke noget volumen eller overflade.

ergosfæren

Ergosfæren er et område, der omgår arrangementshorisonten i de roterende sorte huller, hvor det er umuligt for en himmellegeme at stå stille.

Men ifølge Einsteins relativitet har enhver roterende genstand tendens til at trække rumtiden tæt på den. I et roterende sort hul er denne effekt så stærk, at det ville være nødvendigt for en himmellegeme at bevæge sig i den modsatte retning med en hastighed, der er større end lysets lys, for at forblive stationær.

Det er vigtigt ikke at forveksle virkningerne af ergosfæren med virkningerne af arrangementshorisonten. Ergosfæren tiltrækker ikke objekter med gravitationsfeltet. Således vil alt, der kommer i kontakt med det, kun blive forskudt i rumtiden og vil kun tiltrækkes, hvis det skærer hændelseshorisonten.

Stephen Hawking Theories on Black Holes

Stephen Hawking var en af ​​de mest indflydelsesrige fysikere og kosmologer i det 20. og 21. århundrede. Blandt hans talrige bidrag løstede Hawking flere teoremer foreslået af Einstein, der bidrog til teorien om, at universet begyndte i en singularitet, der yderligere forstærkede den såkaldte teori om Big Bang .

Hawking troede også, at sorte huller ikke er helt sorte, men udsender små mængder termisk stråling. Denne effekt var kendt i fysik som Hawking Radiation . Denne teori forudser, at de sorte huller ville miste massen med den frigivne stråling og i en ekstremt langsom proces ville formindske, indtil de forsvandt.