A fekete lyukak típusai
Есть четыре типа черных дыр, основанные на их массе: звездные, промежуточные,
Чёрные дыры звёздной массы — маленькие, но смертельные
A Tejút mintegy százmillió feketét tartalmazlyukak keletkeztek a nagyon hatalmas csillagok összeomlása következtében. Mindegyik csillagfekete a Napunk 10-szerese. Ezek közül a fekete lyukak közül csak nagyon kevés van egy közönséges csillag közelében, amely lassan átömlik egy fekete lyukba. Amikor ez a gáz a fekete lyuk felé esik, erős gravitáció és súrlódás melegíti fel. A fekete lyuk közelében a gáz eléri a tipikus 10 millió Celsius-fokos hőmérsékletet. Ezeket a fekete lyukakból származó röntgenforrásokat az egész Tejútrendszeren, valamint a közeli galaxisokban könnyen megfigyelhetjük, keringő röntgenkutatóhelyek segítségével.
Figyelemre méltó, hogy bármilyen fekete lyuk teljesencsak két szám írja le, amelyek meghatározzák annak tömegét és forgási sebességét. Nem ismerünk egyszerűbb dolgot, mint egy elemi részecske, például egy elektron. A CFA tudósai mindkét alapvető paramétert - a tömeget és a spinet - több mint egy tucat csillag fekete lyukra mérték, tanulmányozva e fekete lyukak és rendszereik minden szempontját.
Annak ellenére, hogy a világegyetemben mindenütt jelen van,a fekete lyukak rendkívül titokzatos tárgyak maradnak. Szükségünk van a kvantumgravitáció elméletére, amely egyesíti Einstein 1916-os relativitáselméletét az 1926-os kvantummechanika-elmélettel. Ilyen elmélet nem létezik, annak ellenére, hogy a húrelméletet és másokat tanulmányozó fizikusok évtizedes elméleti erőfeszítéseket tettek. A kvantumgravitáció elméletének megalkotása a fizika koronájává válik, New York, Einstein és más óriások eredményeinek szintjén.
Közepes tömegű fekete lyuk (IMBH) - középen beragadt
Между классами черных дыр звездной величины и сверхмассивных должен существовать еще один — промежуточный. Во всяком случае, по законам логики. Разве не должны существовать черные дыры среднего размера, которые определяют разницу между черными дырами звездной массы и сверхмассивными черными дырами? Эти космические средние массы, которые могут варьироваться от примерно 100 до 1 миллиона солнечных масс — хотя конкретный диапазон варьируется в зависимости от того, кого вы спросите, — называются черными дырами промежуточной массы (Intermediate-mass black holes, IMBHs). И хотя астрономы нашли несколько убедительных кандидатов на IMBH, разбросанных по всей Вселенной, вопрос о том, действительно ли они существуют, все еще не решен. Однако улик начинает накапливаться.
Bár a létezés végleges bizonyítékaAz IMBH továbbra is megfoghatatlan, az elmúlt évtizedekben számos tanulmány fedte fel az érdekes bizonyítékokat, amelyek e nem túl nagy, nem túl kicsi fekete lyukok létezésére utalnak.
Egy fiatal fekete lyuk illusztrációja, például két távoli pormentes kvazár, amelyet a Spitzer Űrtávcső nemrégiben fedezett fel. (Kép a NASA / JPL-Caltech jóvoltából)
Például 2003-ban a kutatók felhasználtákAz ESA XMM-Newton Űrmegfigyelő Intézete két erős, elkülönülő röntgenforrást azonosít a közeli NGC 1313 csillaggalomp galaxisban. Mivel a fekete lyukak erőszakosan emésztik fel a túl közel érkező és magasan kijuttatott anyagokat. energia sugárzás, a legerősebb röntgensugárzás egyik forrása. A kutatók az NGC 1313 röntgenforrásainak azonosításával és annak időszakos fellángolásának tanulmányozásával 2015-ben korlátozni tudták a galaxis egyik feltételezett fekete lyukának tömegét, amelyet NGC 1313 X-1 néven ismernek. Becslésük szerint ez a Nap, ad vagy vegye tömegének körülbelül 5000-szerese, ami magabiztosan a köztes tömegű fekete lyuk tömegtartományába helyezi.
Точно так же в 2009 году исследователи обнаружили еще более сильные свидетельство существования черной дыры среднего размера. Расположенный примерно в 290 млн световых лет от края галактики ESO 243-49, команда наблюдала невероятно яркий рентгеновский источник под названием HLX-1 (гиперсветящийся источник рентгеновского излучения номер один, Hyper-Luminous X-ray source 1), не имеющий оптического аналога. Это говорит о том, что наблюдаемый объект не просто звезда или галактика. Кроме того, исследователи обнаружили, что рентгеновская сигнатура HLX-1 менялась со временем, предполагая, что черная дыра становится ярче каждый раз, когда ближайшая звезда приближается к ней, подавая газ и вызывая короткие вспышки рентгеновских лучей, которые затем медленно исчезают. прочь. Основываясь на яркости наблюдаемых вспышек, исследователи рассчитали минимальную массу черной дыры примерно в 500 раз больше массы Солнца, хотя по некоторым оценкам ее вес приближается к 20 000 масс Солнца.
Jelenleg gravitációs hullámérzékelőkA LIGO és a Szűz összefogva 20 csillag tömegű fekete lyukat fedeztek fel, amelyek egyesülve 20–80 naptömegű fekete lyukakat képeznek. Bár a LIGO-Virgo nem talált BH-t (több mint 100 naptömeg), a kutatók optimistaak a jövőbeni észlelésükkel kapcsolatban.
Planck fekete lyuk (mikrofekete lyuk)
A Planck fekete lyuk egy hipotetikus fekete lyuk, amelynek a lehető legkisebb tömege van, amely megegyezik a Planck tömegével.
Плотность вещества такой чёрной дыры составляет около 1094 кг/м³ и, возможно, является максимальной достижимой плотностью массы. Физика на таких масштабах должна описываться пока не разработанными теориями квантовой гравитации. Такой объект тождественен гипотетической элементарной частице с (предположительно) максимально возможной массой — максимону.
A Planck fekete lyukakat rendkívül jellemziaz interakció kis keresztmetszete. A keresztmetszet csekélysége a semleges maximumok és az anyag kölcsönhatása miatt ahhoz a tényhez vezet, hogy a Világegyetem anyagának jelen pillanatban az anyag jelentős (vagy akár fő) része maximonokból állhat, anélkül, hogy ellentmondáshoz vezetne a megfigyelésekkel. Különösen a maximonok játszhatnák a láthatatlan anyag (sötét anyag) szerepét, amelynek létezését a kozmológia jelenleg felismeri.
Szupermasszív fekete lyukak - az óriások születése
Kis fekete lyukak lakják az univerzumot, de azokunokatestvérek, szupermasszív fekete lyukak dominálnak. Ezek a hatalmas fekete lyukak milliók, vagy akár milliárdszor nagyobbak, mint a Nap, de körülbelül ugyanolyan átmérőjűek. Ilyen fekete lyukakról úgy gondolják, hogy gyakorlatilag minden galaxis közepén megtalálhatók, beleértve a Tejútrendszert is.
A tudósok nem tudják, milyen nagyfekete lyukak. Miután ezek az óriások létrejöttek, por és gáz tömeget gyűjtenek maguk köré, amely anyag a galaxisok közepén rengeteg, így még nagyobb méretűre nőhetnek.
Сверхмассивные черные дыры могут быть результатом слияния сотен или тысяч крошечных черных дыр. Большие газовые облака также могут быть ответственны за их коллапс и быстрое увеличение массы. Или это коллапс звездного скопления, группы звезд, падающих вместе. Сверхмассивные черные дыры могут возникать из больших скоплений темной материи. Это вещество, которое мы можем наблюдать через его гравитационное воздействие на другие объекты; однако мы не знаем, из чего состоит темная материя, потому что она не излучает свет и не может быть непосредственно наблюдаемой.
Новый класс черных дыр — «сверхсверхмассивные» или огромные черные дыры
Tehát, mint már tudjuk, Univerzumunk tartalmazhatalmas fekete lyukak. A galaxisunk közepén található szupermasszív fekete lyuk tömege 4 millió Nap, de meglehetősen kicsi, mint a galaktikus fekete lyukak. Sok galaktikus fekete lyuk tömege egymilliárd naptömeg, és a legismertebb ismert fekete lyuk tömegét körülbelül 70 milliárd napra becsülik. De mekkora lehet egy fekete lyuk?
Hogy a fekete lyuk valóban hatalmas legyenélete elején nagy mennyiségű anyagot kell felszívnia. Ha lassan anyagot emészt fel, akkor a környező galaxis a helyére kerül, és az univerzum kitágul, így a fekete lyuk nem képes sokkal több anyagot megragadni. De amikor egy fekete lyuk gyorsan elnyel nagy mennyiségű anyagot, az anyag nagyon forróvá válik, és hajlamos más anyagokat taszítani, ami megnehezíti a fekete lyuk növekedését.
A legnagyobb feketék megfigyelései alapjánlyukak és a fekete lyukak képződésének számítógépes szimulációi alapján feltételezhető, hogy a galaktikus fekete lyukak tömegének felső határa körülbelül 100 milliárd naptömeg. De új kutatások szerint a tömeghatár sokkal magasabb lehet.
A tudósok munkájában megjegyzik, hogy bára galaktikus fekete lyukak valószínűleg százmilliárdos naptömeg-határral rendelkeznek, nagyobb fekete lyukak önállóan is kialakulhatnak a világegyetem korai szakaszában. Ezek az ősfekete lyukak a legnagyobb galaktikus fekete lyukak tömegének több mint egymilliószorosát jelenthetik. A kutatócsoport hihetetlenül nagy fekete lyukaknak vagy SLAB-nak nevezi őket (elképesztően nagy fekete lyukak).
Az ősi fekete lyukak gondolata már régóta létezik.Megoldásként mindenre felajánlották a sötét anyagot, a naprendszerünkben miért nem fedeztünk fel még egy hipotetikus kilencedik bolygót. De az elméleti modellek azt sugallják, hogy az ősfekete lyukak sokkal kisebbek lennének, mint a korai világegyetem apró sűrűség-ingadozásaiból keletkező csillag tömegű fekete lyukak. De ez az új tanulmány azt sugallja, hogy a sötét anyag és más tényezők néhányukban hatalmas növekedést okozhatnak.
Ha a korai világegyetem gazdag volt sötétbenanyag, különösen a sötét anyag gyengén kölcsönhatásba lépő masszív részecskék (WIMP) néven ismert formája, akkor az ősfekete lyuk a sötét anyag gyors növekedéséhez képes fogyasztani Mivel a sötét anyag nem lép kölcsönhatásba a fénnyel, a csapdába esett sötét anyag nem sok fényt vagy hőt bocsát ki, hogy lassítsa növekedési sebességét. Ennek eredményeként ezek a fekete lyukak már akkor is hatalmasak lehettek, mielőtt a világegyetem lehűlt és galaxisok kialakultak. A SLAB felső tömeghatára attól függ, hogy a WIMP sötét anyag hogyan hat egymással, tehát ha bármilyen SLAB-ot észlelünk, ez segíthet megérteni a sötét anyagot.
Hogyan használhatja az emberiség a fekete lyukakat?
A relativitáselmélet azt jósoljaforgó fekete lyukak használhatók energiaforrásként. 1969-ben Roger Penrose leírta ennek a folyamatát. A forgó fekete lyukak körül ergoszféra található - az a régió, amely megelőzi az eseményhorizontot. Az ergoszférában minden test a fekete lyukkal forog.
Процесс Пенроуза (также называемый механизмом Пенроуз) теоретически рассматривает черные дыры как средство извлечения энергии. Такое извлечение может произойти, если вращательная энергия черной дыры расположена не внутри горизонта событий, а снаружи — в области керровского пространства-времени. В этой эргосфере любая частица обязательно движется в локомотивном режиме одновременно с вращающимся пространством-временем, т.е. все объекты в там увлекаются им. При этом кусок вещества, попадающий в эргосферу, расщепляется на две части. Например, материя может состоять из двух частей, которые разделяются путем выстрела взрывчатого вещества или ракеты, которая раздвигает ее половинки. Импульс двух частей материи, когда они разделяются, можно организовать так, чтобы одна часть ускользнула из черной дыры (она «ускользнула в бесконечность»), а другая упала за горизонт событий в черную дыру. При тщательном размещении у убегающей части материи может быть большая масса-энергия, чем у исходной, а её падающая часть получает отрицательную массу-энергию. Хотя импульс сохраняется, эффект заключается в том, что при таком процессе можно извлечь больше энергии, чем изначально предусмотрено. Причем разница обеспечивается самой черной дырой. Таким образом, процесс приводит к небольшому уменьшению углового момента черной дыры, что соответствует передаче энергии материи. Потерянный импульс, в свою очередь, преобразуется в извлеченную энергию.
A Penrose-folyamat jelzi a lehetőségetenergiát nyerni egy fekete lyukból, de ez nem jó gyakorlati módszer. Megvalósításához szükséges, hogy két újszülött részecske sebessége meghaladja a fénysebesség felét. Az ilyen események várható gyakorisága olyan ritka, hogy nem teszi lehetővé jelentős mennyiségű energia előállítását.
Ezért a tudósok aktívan más mechanizmusokat keresnek.Például Stephen Hawking kimutatta, hogy a fekete lyukak energiát szabadíthatnak fel a hősugárzás révén. Az energia kinyerésének másik módja az elektromágneses interakción alapuló Blanford-Znaek folyamat.
Luca Comisso a Columbia Egyetemről és Felipe A. Asenjo az Adolfo Ibanez Egyetemről cikkükben a Penrose-folyamat másik alternatíváját írja le.
A fekete lyukakat forró plazma, részecskék veszik körülamelyeknek mágneses terük van. A forgó fekete lyukakból nyerhető energia új mechanizmusának alapja a mágneses mező vonalak újrakapcsolódása az eroszférában. Ebben az esetben a fekete lyuknak egy külső mágneses mezőben kell lennie, nagy a spin (a ~ 1) és a környező plazma erős mágnesezéssel. A szükséges tulajdonságokkal rendelkeznek például a hosszú és rövid gammasugár-törések eredményeként kialakuló fekete lyukak és az aktív galaktikus magokban lévő szupermasszív fekete lyukak.
A mágneses újrakapcsolódás a plazma egy részét felgyorsítjaa furat forgásiránya. A másik rész az ellenkező irányba gyorsul és túl esik az eseményhorizonton. Az energia felszabadulása, akárcsak a Penrose-mechanizmusban, akkor következik be, ha az elnyelt plazma negatív energiával rendelkezik, és a felgyorsított „elszökik” az ergoszférából. A különbség az, hogy negatív energiájú részecskék képződéséhez szükség van a mágneses tér energiájának eloszlatására. A Penrose által leírt folyamatban csak a részecskék tehetetlensége játszik szerepet.
Mint a tudósok mondják, a leírt folyamat hatékonysága 150százalék. Ez azt jelenti, hogy a folyamat lehetővé teszi, hogy másfélszer több energiát nyerjen, mint amennyit a megvalósítására fordít. 100 százalék feletti hatékonyság elérése azért lehetséges, mert az ergoszférából felszabaduló plazma részecskék elszállítják a fekete lyuk energiáját. Egy új mechanizmus felfedezése az energia fekete lyukakból történő kinyerésére lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy jobban megbecsüljék forgási lendületüket és megértsék, hogyan sugározzák az energiát. A felfedezés még mindig messze van a gyakorlati alkalmazástól: meg kell találni, hogyan lehet a fekete lyukhoz repülni, és valamit elhelyezni az eroszférájában anélkül, hogy túl kellene esni az esemény horizontján.
Olvass tovább
A Szaturnusz Titan holdja rendkívül hasonló a Földhöz. Milyen tervei vannak az emberiség számára?
Nagyszámú szürke bálna éhezik és pusztul el a Csendes-óceánon
A COVID-19-ből felépültek egyharmada visszatér a kórházba. Minden nyolcadik - meghal
A húrelmélet azon a hipotézisen alapszik, hogy mindaz elemi részecskék és alapvető interakcióik az ultramikroszkópos kvantumhúrok rezgéseinek és kölcsönhatásainak eredményeként keletkeznek a Planck-féle 10–35 m nagyságrendű skálán.