Typer af sorte huller
Der er fire typer sorte huller baseret på deres masse: stjernernes, mellemliggende,
Stjernemasse sorte huller er små, men dødelige
Mælkevejen indeholder omkring hundrede millioner sortehuller, der blev dannet som et resultat af sammenbrud af meget massive stjerner. Hver af disse stjernesorte huller vejer ca. 10 gange vores sol. Meget få af disse sorte huller er i nærheden af en almindelig stjerne, der langsomt spilder over i et sort hul. Når denne gas falder mod det sorte hul, opvarmes den af stærk tyngdekraft og friktion. I nærheden af et sort hul når gas en typisk temperatur på 10 millioner grader Celsius. Disse røntgenkilder fra sorte huller er nemme at observere i hele Mælkevejen såvel som i nærliggende galakser ved hjælp af kredsløb ved røntgenobservatorier.
Det er bemærkelsesværdigt, at ethvert sort hul helter beskrevet af kun to tal, der bestemmer dens masse og rotationshastighed. Vi ved ikke noget enklere end en elementær partikel såsom en elektron. CFA-forskere har målt begge disse grundlæggende parametre - masse og spin - i over et dusin stjernesorte huller og studeret alle aspekter af disse sorte huller og deres systemer.
På trods af dets allestedsnærværende i universet,sorte huller forbliver ekstremt mystiske genstande. Vi har brug for en teori om kvantegravitation, der kombinerer Einsteins relativitetsteori fra 1916 med 1926's teori om kvantemekanik. En sådan teori findes ikke på trods af årtiers teoretiske indsats fra fysikere, der studerer strengteori og andre. Oprettelsen af teorien om kvantegravitation bliver fysikens krone på niveau med resultaterne fra Newton, Einstein og andre giganter.
Medium Mass Black Hole (IMBH) - Fast i midten
Mellem klasser af stjernestørrelse sorte hullerOg supermassiv skal der være en mere mellemliggende. I hvert fald ifølge logikkens love. Burde der ikke være mellemstore sorte huller, der gør forskellen mellem sorte huller med stjernemasse og supermassive sorte huller? Disse kosmiske gennemsnitsmasser, som kan variere fra omkring 100 til 1 million solmasser - selvom det nøjagtige område varierer afhængigt af, hvem du spørger - kaldes sorte huller med mellemmasse, IMBH'er). Og selvom astronomer har fundet adskillige overbevisende kandidater til IMBH spredt over hele universet, er spørgsmålet om, hvorvidt de faktisk eksisterer, stadig uløst. Imidlertid begynder beviser at akkumulere.
Selvom det er et endeligt bevis på eksistensIMBH er fortsat undvigende, idet en række undersøgelser i løbet af de sidste par årtier har afsløret spændende beviser, der antyder eksistensen af disse ikke særlig store, ikke meget små sorte huller.
En illustration af et ungt sort hul, såsom to fjerne støvløse kvasarer, der for nylig blev opdaget af Spitzer-rumteleskopet. (Billede med tilladelse fra NASA / JPL-Caltech)
For eksempel brugte forskere i 2003ESAs XMM-Newton Space Observatory til at identificere to stærke, adskilte røntgenkilder i den nærliggende stjernehudgalakse NGC 1313. Fordi sorte huller har en tendens til voldsomt at fortære materiale, der kommer for tæt og spyder højt. -energistråling, de er blandt de stærkeste kendte røntgenstrålingskilder. Ved at identificere kilderne til røntgenstråler i NGC 1313 og undersøge, hvordan de blusser op med jævne mellemrum, i 2015, var forskere i stand til at begrænse massen af et af de formodede sorte huller i galaksen kendt som NGC 1313 X-1. De anslår, at dette er omkring 5.000 gange solens masse, give eller tage, hvilket sætter det med tillid i masseområdet for et mellemliggende massesort hul.
Tilsvarende opdagede forskere i 2009endnu stærkere bevis for eksistensen af et mellemstort sort hul. Beliggende cirka 290 millioner lysår fra kanten af galaksen ESO 243-49 observerede holdet en utrolig lysstærk røntgenkilde kaldet HLX-1 (Hyper-Luminous X-ray source 1), som ikke har nogen optisk modstykke. Dette tyder på, at det observerede objekt ikke kun er en stjerne eller galakse. Derudover fandt forskerne ud af, at HLX-1's røntgensignatur ændrede sig over tid, hvilket tyder på, at det sorte hul bliver lysere, hver gang en nærliggende stjerne kommer tættere på det, tilfører gas og forårsager korte udbrud af røntgenstråler, som derefter langsomt forsvinder. væk. Baseret på lysstyrken af de observerede udbrud beregnede forskerne det sorte huls minimumsmasse til at være omkring 500 gange Solens masse, selvom nogle skøn lægger vægten tættere på 20.000 solmasser.
I øjeblikket er gravitationsbølgedetektorerLIGO og Jomfru har gået sammen om at opdage 20 stjernesorte huller, der smelter sammen og danner sorte huller med masser på 20 til 80 solmasser. Selvom LIGO-Virgo ikke har opdaget nogen BH'er (mere end 100 solmasser), er forskere optimistiske med hensyn til deres påvisning i fremtiden.
Planck sort hul (Micro sort hul)
Et Planck-sort hul er et hypotetisk sort hul med den mindst mulige masse, der er lig med Planck-massen.
Tætheden af stof i et sådant sort hul eromkring 1094 kg/m³ og er sandsynligvis den maksimalt opnåelige massetæthed. Fysik i sådanne skalaer skal beskrives af teorier om kvantetyngdekraft, som endnu ikke er udviklet. Et sådant objekt er identisk med en hypotetisk elementarpartikel med (formodentlig) den maksimalt mulige masse - et maksimum.
Planck sorte huller er kendetegnet ved ekstremtlille tværsnit af interaktion. Tværsnitets lillehed til interaktion mellem neutrale maksimoner med materie fører til det faktum, at en væsentlig (eller endog hovedparten) af materie i universet på nuværende tidspunkt kunne bestå af maksimoner uden at føre til en modsigelse med observationer. Især maksimoner kunne spille rollen som usynligt stof (mørkt stof), hvis eksistens i øjeblikket er anerkendt i kosmologien.
Supermassive sorte huller - kæmpernes fødsel
Små sorte huller beboer universet, men deresfætre, supermassive sorte huller, dominerer. Disse enorme sorte huller er millioner eller endda milliarder gange mere massive end Solen, men har omtrent samme størrelse i diameter. Sådanne sorte huller menes at være fundet i centrum af næsten alle galakse, inklusive Mælkevejen.
Forskere er ikke sikre på, hvor store de ersorte huller. Når disse giganter er dannet, samler de en masse støv og gas omkring dem, et materiale der er rigeligt i midten af galakser, så de kan vokse til endnu større størrelser.
Supermassive sorte huller kunne være resultatetfusioner af hundreder eller tusinder af små sorte huller. Store gasskyer kan også være ansvarlige for deres kollaps og hurtige stigning i massen. Eller er det sammenbrud af en stjernehob, en gruppe stjerner, der falder sammen. Supermassive sorte huller kan opstå fra store ophobninger af mørkt stof. Dette er et stof, som vi kan observere gennem dets gravitationsvirkning på andre objekter; vi ved dog ikke, hvad mørkt stof er lavet af, fordi det ikke udsender lys og ikke direkte kan observeres.
En ny klasse af sorte huller - "super-supermassive" eller enorme sorte huller
Så som vi allerede ved, indeholder vores universstore sorte huller. Det supermassive sorte hul i midten af vores galakse har en masse på 4 millioner soler, men det er ret lille som galaktiske sorte huller. Mange galaktiske sorte huller har en masse på en milliard solmasser, og massen af det mest massive sorte hul, der kendes, anslås til ca. 70 milliarder soler. Men hvor stort kan et sort hul være?
At gøre det sorte hul virkelig massivthun skal absorbere en stor mængde af stoffet i begyndelsen af sit liv. Hvis den langsomt forbruger stof, falder den omgivende galakse på plads, og universet vil ekspandere, så det sorte hul ikke kan fange meget mere stof. Men når et sort hul hurtigt opsluger en stor mængde stof, bliver sagen meget varm og har tendens til at afvise andet stof, hvilket gør det svært for det sorte hul at vokse.
Baseret på observationer fra de største sortehuller og computersimuleringer af dannelsen af sorte huller, antages det, at den øvre grænse for massen af galaktiske sorte huller er omkring 100 milliarder solmasser. Men ny forskning antyder, at massegrænsen kan være meget højere.
I forskernes arbejde bemærkes det, at selvomgalaktiske sorte huller har sandsynligvis en solmassegrænse på hundreder af milliarder, større sorte huller kan have dannet sig uafhængigt i de tidlige stadier af universet. Disse oprindelige sorte huller kan være mere end en million gange massen af de største galaktiske sorte huller. Forskergruppen kalder dem utroligt store sorte huller eller SLAB'er (helt store sorte huller).
Idéen om uretsorte huller har eksisteret i lang tid.De er blevet foreslået som en løsning på alt fra mørkt stof til hvorfor vi endnu ikke har opdaget en hypotetisk niende planet i vores solsystem. Men teoretiske modeller antyder, at urhvide sorte huller ville være meget mindre end endda stjernemasse sorte huller dannet af små udsving i densitet i det tidlige univers. Men denne nye undersøgelse antyder, at mørkt stof og andre faktorer kan forårsage kolossal vækst i nogle af dem.
Hvis det tidlige univers var rig på mørkestof, især en form for mørkt stof kendt som svagt interagerende massive partikler (WIMP), så kunne det oprindelige sorte hul forbruge mørkt stof til at vokse hurtigt. Da mørkt stof ikke interagerer stærkt med lys, udsender ikke fanget mørkt stof meget lys eller varme for at bremse dets vækst. Som et resultat kunne disse sorte huller have været enorme, selv før universet afkøledes og galakser dannedes. Den øvre massegrænse for SLAB afhænger af, hvordan WIMP mørkt stof interagerer med sig selv, så hvis vi opdager nogen SLAB'er, kan det hjælpe os med at forstå mørkt stof.
Hvordan kan menneskeheden bruge sorte huller?
Relativitetsteorien forudsiger detroterende sorte huller kan bruges som energikilder. I 1969 beskrev Roger Penrose en proces til at gøre dette. Der er en ergosfære omkring de roterende sorte huller - regionen, der går forud for begivenhedshorisonten. Alle kroppe i ergosfæren drejer med det sorte hul.
Penrose-proces (også kaldet mekanismePenrose) ser teoretisk sorte huller som et middel til at udvinde energi. En sådan udvinding kan forekomme, hvis det sorte huls rotationsenergi ikke er placeret inden for begivenhedshorisonten, men udenfor - i området af Kerr rum-tid. I denne ergosfære bevæger enhver partikel sig nødvendigvis i lokomotivtilstand samtidig med roterende rumtid, dvs. alle genstande derinde bliver båret væk af den. I dette tilfælde er et stykke stof, der kommer ind i ergosfæren, opdelt i to dele. For eksempel kan stof bestå af to dele, der adskilles ved at affyre et sprængstof eller et missil, der skubber dets halvdele fra hinanden. Momentumet af to stykker stof, når de adskilles, kan arrangeres, så det ene stykke undslipper det sorte hul (det "gået til det uendelige"), og det andet falder ud over begivenhedshorisonten og ind i det sorte hul. Hvis den placeres omhyggeligt, kan den undslippende del af stoffet have større masseenergi end den oprindelige, mens den faldende del af den modtager negativ masseenergi. Selvom momentum bevares, er effekten, at der kan udvindes mere energi fra denne proces, end det oprindeligt var tiltænkt. Desuden er forskellen leveret af selve det sorte hul. Processen resulterer således i et lille fald i det sorte huls vinkelmomentum, hvilket svarer til en overførsel af energi til stof. Den tabte impuls omdannes til gengæld til udvundet energi.
Penrose-processen indikerer mulighedenat få energi fra et sort hul, men det er ikke en god praktisk metode. Til implementeringen er det nødvendigt, at to nyfødte partikler har en hastighed, der overstiger lysets hastighed. Den forventede hyppighed af sådanne begivenheder er så sjælden, at den ikke tillader, at der opnås en betydelig mængde energi.
Derfor leder forskere aktivt efter andre mekanismer.For eksempel viste Stephen Hawking, at sorte huller kan frigive energi gennem varmestråling. En anden måde at udvinde energi på er Blanford-Znaek-processen baseret på elektromagnetisk interaktion.
Luca Comisso fra Columbia University og Felipe A. Asenjo fra Adolfo Ibanez University beskriver et andet alternativ til Penrose-processen i deres artikel.
Sorte huller er omgivet af varmt plasma, partiklersom har et magnetfelt. Grundlaget for en ny mekanisme til at opnå energi fra roterende sorte huller er genforbindelse af magnetfeltlinjer inde i ergosfæren. I dette tilfælde skal det sorte hul være i et eksternt magnetfelt, have et stort spin (a ~ 1) og det omgivende plasma med stærk magnetisering. De nødvendige egenskaber besættes for eksempel af sorte huller dannet som et resultat af lange og korte gammastrålesprængninger og supermassive sorte huller i aktive galaktiske kerner.
Magnetisk tilslutning accelererer en del af plasmaet ind ihullets rotationsretning. Den anden del accelererer i den modsatte retning og falder ud over begivenhedshorisonten. Frigivelse af energi, som i Penrose-mekanismen, opstår, hvis det absorberede plasma har negativ energi, og den accelererede "undslipper" fra ergosfæren. Forskellen er, at dannelsen af partikler med negativ energi kræver spredning af magnetfeltets energi. I den proces, der er beskrevet af Penrose, spiller kun inertien af partiklerne en rolle.
Som forskere siger, er effektiviteten af den beskrevne proces 150procent. Det betyder, at processen giver dig mulighed for at få halvanden gange mere energi, end du har brug for at implementere den. Det er muligt at opnå en effektivitet på mere end 100 procent, fordi plasmapartikler, der frigøres fra ergosfæren, transporterer energien fra det sorte hul. Opdagelsen af en ny mekanisme til at udvinde energi fra sorte huller vil give astronomer mulighed for bedre at estimere deres rotationsmoment og forstå, hvordan de udstråler energi. Opdagelsen er stadig langt fra praktisk anvendelse: det er nødvendigt at finde ud af, hvordan man flyver til det sorte hul og placerer noget i dets ergosfære uden at falde ud over begivenhedshorisonten.
Læs mere
Saturns måne Titan ligner bemærkelsesværdigt Jorden. Hvilke planer har menneskeheden for det?
Et stort antal gråhvaler begynder at sulte og dø i Stillehavet
En tredjedel af dem, der er kommet sig efter COVID-19, vender tilbage til hospitalet. Hver ottende - dør
Strengteori er baseret på hypotesen om, at alleelementære partikler og deres grundlæggende interaktioner opstår som et resultat af vibrationer og interaktioner mellem ultramikroskopiske kvantestrenge på skalaer i størrelsesordenen Planck-længde på 10−35 m