Sådan fungerer sorte huller

Du har måske hørt nogen sige, "Mit skrivebord er blevet et sort hul!" Du har muligvis set et astronomiprogram i fjernsynet eller læst en bladartikel om sorte huller. Disse eksotiske objekter har fanget vores fantasi lige siden de blev forudsagt af Einsteins Teori om generel relativitet i 1915.

Hvad er sorte huller? Findes de virkelig? Hvordan kan vi finde dem? I denne artikel, vi vil undersøge sorte huller og besvare alle disse spørgsmål!

1. Hvad er et sort hul?
2. Typer af sorte huller
3. Sådan opdager vi sorte huller

Hvad er et sort hul?

EN sort hul er det, der er tilbage, når en massiv stjerne dør.

Hvis du har læst How Stars Work, så ved du, at en stjerne er en enorm, fantastiske fusionsreaktor . Fordi stjerner er så massive og lavet af gas, der er et intens tyngdefelt, der altid forsøger at kollapse stjernen. Fusionsreaktionerne, der sker i kernen, er som en kæmpe fusionsbombe, der forsøger at eksplodere stjernen. Det balance mellem tyngdekraften og eksplosionskræfterne er det, der definerer stjernens størrelse.

Da stjernen dør, atomfusionsreaktionerne stopper, fordi brændstoffet til disse reaktioner bliver brændt op. På samme tid, stjernens tyngdekraft trækker materiale indad og komprimerer kernen. Når kernen komprimeres, det varmes op og til sidst skaber en supernovaeksplosion, hvor materialet og strålingen blæser ud i rummet. Tilbage er den stærkt komprimerede, og ekstremt massiv, kerne. Kernens tyngdekraft er så stærk, at selv lys ikke kan undslippe.

Dette objekt er nu et sort hul og forsvinder bogstaveligt talt fra synet. Fordi kernens tyngdekraft er så stærk, kernen synker gennem rummet af tid, skabe et hul i rumtid-det er derfor objektet kaldes a sort hul .

Kernen bliver den centrale del af det sorte hul kaldet singularitet . Åbningen af ​​hullet kaldes begivenhedshorisont .

Du kan tænke på begivenhedshorisonten som mundingen af ​​det sorte hul. Når noget passerer begivenhedshorisonten, det er væk for altid. Når du var inde i begivenhedshorisonten, alle "begivenheder" (punkter i rum-tid) stopper, og intet (endda lys) kan undslippe. Begivenhedshorisontens radius kaldes Schwarzschild radius , opkaldt efter astronomen Karl Schwarzschild, hvis arbejde førte til teorien om sorte huller.

Begrebet et objekt, hvorfra lys ikke kunne slippe ud (f.eks. sort hul) blev oprindeligt foreslået af Pierre Simon Laplace i 1795. Ved hjælp af Newtons tyngdekraftsteori, Laplace beregnede, at hvis et objekt blev komprimeret til en lille nok radius, så ville flugthastigheden af ​​objektet være hurtigere end lysets hastighed.

Typer af sorte huller

Der er to typer sorte huller:

• Schwarzschild - Ikke-roterende sort hul
• Kerr - Roterende sort hul

Det Schwarzschild sort hul er det enkleste sorte hul, hvor kernen ikke roterer. Denne type sorte hul har kun en egenart og en begivenhedshorisont.

Det Kerr sort hul, som sandsynligvis er den mest almindelige form i naturen, roterer, fordi stjernen, hvorfra den blev dannet, roterede. Når den roterende stjerne falder sammen, kernen fortsætter med at rotere, og dette førte videre til det sorte hul ( bevarelse af vinkelmoment ). Kerr sorte hul har følgende dele:

• Singularitet - Den kollapsede kerne
• Begivenhedshorisont - Hullets åbning
• Ergosfæren - Et ægformet område med forvrænget rum omkring begivenhedshorisonten (Forvrængningen skyldes spinning af det sorte hul, som "trækker" rummet omkring det.)
• Statisk grænse - Grænsen mellem ergosfæren og det normale rum

Hvis et objekt passerer ind i ergosfære det kan stadig skubbes ud af det sorte hul ved at få energi fra hullets rotation.

Imidlertid, hvis et objekt krydser begivenhedshorisont , det vil blive suget ind i det sorte hul og aldrig slippe ud. Hvad der sker inde i det sorte hul er ukendt; selv vores nuværende teorier om fysik gælder ikke i nærheden af ​​en singularitet.

Selvom vi ikke kan se et sort hul, den har tre egenskaber, der kan eller kan måles:

• Masse
• Elektrisk ladning
• Rotationshastighed (vinkelmoment)

Fra nu af, vi kan kun måle massen af ​​det sorte hul pålideligt ved bevægelse af andre objekter omkring det. Hvis et sort hul har en ledsager (en anden stjerne eller disk af materiale), det er muligt at måle rotationsradius eller materialets banehastighed omkring det usynlige sorte hul. Massen af ​​det sorte hul kan beregnes ved hjælp af Keplers modificerede tredje lov om planetarisk bevægelse eller rotationsbevægelse.

Sådan opdager vi sorte huller

Selvom vi ikke kan se sorte huller, vi kan opdage eller gætte tilstedeværelsen af ​​en ved at måle dens virkninger på objekter omkring den. Følgende effekter kan bruges:

• Masseestimater fra objekter, der kredser om et sort hul eller spiraler ind i kernen
• Gravitationslinseffekter
• Afgivet stråling

Masse

Mange sorte huller har genstande omkring sig, og ved at se på objekternes adfærd kan du registrere tilstedeværelsen af ​​et sort hul. Du bruger derefter målinger af objekternes bevægelse omkring et formodet sort hul til at beregne det sorte huls masse.

Det, du leder efter, er en stjerne eller en gasskive, der opfører sig, som om der var en stor masse i nærheden. For eksempel, hvis en synlig stjerne eller gasskive har en "vaklende" bevægelse eller spinning OG der ikke er en synlig årsag til denne bevægelse OG den usynlige årsag har en virkning, der ser ud til at være forårsaget af et objekt med en masse større end tre solmasser ( for stor til at være en neutronstjerne), så er det muligt, at et sort hul forårsager bevægelsen. Du estimerer derefter massen af ​​det sorte hul ved at se på den effekt, det har på det synlige objekt.

For eksempel, i kernen af ​​galaksen NGC 4261, der er en brun, spiralformet skive, der roterer. Disken er på størrelse med vores solsystem, men vejer 1,2 milliarder gange så meget som solen. En sådan enorm masse for en disk kan indikere, at der er et sort hul i disken.

Gravity Lens

Einsteins generelle relativitetsteori forudsagde det tyngdekraften kan bøje rummet . Dette blev senere bekræftet under en solformørkelse, da en stjernes position blev målt før, under og efter formørkelsen. Stjernens position ændrede sig, fordi lyset fra stjernen var bøjet af solens tyngdekraft. Derfor, et objekt med enorm tyngdekraft (som en galakse eller et sort hul) mellem Jorden og et fjernt objekt kunne bøje lyset fra det fjerne objekt til et fokus, meget som en linse kan. Denne effekt kan ses på billedet herunder.

På billedet, lysningen af ​​MACHO-96-BL5 skete, da a gravitationslinse passeret mellem den og Jorden. Da Hubble -rumteleskopet så på objektet, den så to billeder af objektet tæt på hinanden, hvilket angav en gravitationslinseffekt. Det mellemliggende objekt var uset. Derfor, det blev konkluderet, at der var passeret et sort hul mellem jorden og objektet.

Afgivet stråling

Når materiale falder ned i et sort hul fra en ledsagerstjerne, det bliver opvarmet til millioner af grader Kelvin og accelereret. De overophedede materialer udsender røntgenstråler, som kan detekteres af røntgenteleskoper såsom det kredsløbende Chandra røntgenobservatorium.

Stjernen Cygnus X-1 er en stærk røntgenkilde og anses for at være en god kandidat til et sort hul. Som afbildet ovenfor, stjernevinde fra ledsagerstjernen, HDE 226868, blæs materiale på akkretionsskiven, der omgiver det sorte hul. Da dette materiale falder ned i det sorte hul, det udsender røntgenstråler, som det ses på dette billede:

Ud over røntgenstråler, sorte huller kan også skubbe materialer ud ved høje hastigheder til dannelse jetfly . Mange galakser er blevet observeret med sådanne jetfly. I øjeblikket, det menes, at disse galakser har supermassive sorte huller (milliarder af solmasser) i deres centre, der producerer strålene samt stærke radioemissioner. Et sådant eksempel er galaksen M87 som vist nedenfor:

Det er vigtigt at huske, at sorte huller ikke er kosmiske støvsugere - de vil ikke forbruge alt. Så selvom vi ikke kan se sorte huller, der er indirekte tegn på, at de findes. De har været forbundet med tidsrejser og ormehuller og forbliver fascinerende objekter i universet.

Oprindeligt udgivet:26. nov. 2006

Black Hole FAQ

Hvad er sorte huller lavet af?

Hvor mange sorte huller er der?

Hvad er den mest almindelige type sorte hul?

Hvor fører sorte huller hen?

Hvad er de to typer sorte huller?

Masser mere information

relaterede artikler

• Sådan fungerer stjerner
• Sådan fungerer solen
• Sådan fungerer Hubble -rumteleskop
• Sådan fungerer solformørkelser
• Sådan fungerer kometer
• Sådan fungerer særlig relativitet
• Sådan fungerer tidsrejser
• Jupiter forklaret
• Neptun forklaret
• Venus forklaret
• Vores fantastiske solsystem

Flere store links

• Forestil dig universet:Hvad er massen af ​​Cygnus X-1?
• Virtuelle ture til sorte huller og neutronstjerner
• Sorte huller og neutronstjerner
• NASA's High Energy Astrophysics Science Archive Research Center:Sorte huller
• Cambridge University relativitet:sorte huller