블랙홀의 종류
블랙홀은 질량에 따라 별형, 중형, 중형 블랙홀의 네 가지 유형으로 나뉜다.
항성질량 블랙홀은 작지만 치명적이다
은하수에는 약 1 억 개의 검은 색이 포함되어 있습니다.매우 무거운 별의 붕괴의 결과로 형성된 구멍. 이 별들의 블랙홀의 무게는 우리 태양의 약 10 배입니다. 이 블랙홀 중 아주 드물게 블랙홀로 천천히 흘러가는 평범한 별과 매우 가깝습니다. 이 가스가 블랙홀쪽으로 떨어지면 강한 중력과 마찰에 의해 가열됩니다. 블랙홀 근처에서 가스는 일반적으로 섭씨 천만도에 도달합니다. 블랙홀에서 나온 이러한 X 선 소스는 궤도를 도는 X 선 관측소를 사용하여 은하수와 인근 은하계 전체에서 쉽게 관찰 할 수 있습니다.
어떤 블랙홀도 완전히질량과 회전 속도를 결정하는 두 개의 숫자로 설명됩니다. 우리는 전자와 같은 기본 입자보다 더 단순한 것을 알지 못합니다. CFA 과학자들은 이러한 블랙홀과 그 시스템의 모든 측면을 연구하면서 12 개가 넘는 항성 블랙홀에 대해 이러한 기본 매개 변수 인 질량과 스핀을 모두 측정했습니다.
우주에서 편재성에도 불구하고블랙홀은 극도로 신비한 물체로 남아 있습니다. 우리는 아인슈타인의 1916 년 상대성 이론과 1926 년의 양자 역학 이론을 결합 할 양자 중력 이론이 필요합니다. 끈 이론 등을 연구하는 물리학 자들의 이론적 노력에도 불구하고 그러한 이론은 존재하지 않습니다. 양자 중력 이론의 창조는 뉴턴, 아인슈타인 및 다른 거인들의 업적과 동등한 물리학의 왕관이 될 것입니다.
중간 질량 블랙홀 (IMBH)-중간에 멈춤
항성 크기의 블랙홀 클래스 사이그리고 초거대에는 중급이 하나 더 있어야 합니다. 어쨌든 논리 법칙에 따르면. 항성질량 블랙홀과 초대질량 블랙홀을 구분하는 중간 크기의 블랙홀이 있어야 하지 않을까요? 정확한 범위는 묻는 사람에 따라 다르지만 약 1억에서 100만 태양질량에 이를 수 있는 이러한 우주 평균 질량을 중간 질량 블랙홀 홀(IMBH)이라고 합니다. 천문학자들은 우주 전체에 흩어져 있는 IMBH에 대한 몇 가지 강력한 후보를 발견했지만 실제로 존재하는지에 대한 질문은 아직 해결되지 않았습니다. 그러나 증거가 쌓이기 시작합니다.
확실한 존재 증명IMBH는 지난 수십 년 동안 많은 연구를 통해 매우 크지 않고 아주 작지 않은 블랙홀의 존재를 암시하는 흥미로운 증거를 밝혀 내고 있습니다.
최근 스피처 우주 망원경에 의해 발견 된 두 개의 먼 먼지없는 퀘이사와 같은 젊은 블랙홀의 그림. (NASA / JPL-Caltech 이미지 제공)
예를 들어, 2003 년에 연구원들은ESA의 XMM- 뉴턴 우주 관측소는 근처의 성화상 은하 NGC 1313에서 두 개의 강력하고 뚜렷한 X 선 소스를 식별합니다. 블랙홀은 너무 가까이 다가와 높게 분출되는 물질을 격렬하게 삼키는 경향이 있기 때문입니다. -에너지 방사선, 그들은 알려진 가장 강력한 X 선 방사선원 중 하나입니다. NGC 1313에서 X 선의 출처를 확인하고 주기적으로 어떻게 타오르는 지 연구함으로써 2015 년 연구자들은 NGC 1313 X-1로 알려진 은하의 블랙홀 중 하나의 질량을 제한 할 수있었습니다. 그들은 이것이 태양의 질량의 약 5,000 배라고 추정합니다. 이것은 중간 질량 블랙홀의 질량 범위에 자신있게 넣습니다.
마찬가지로 2009년에 연구자들은중간 크기 블랙홀의 존재에 대한 더욱 강력한 증거. 은하 ESO 243-49 가장자리에서 약 2억 9천만 광년 떨어진 곳에 위치한 연구팀은 광학 대응물이 없는 HLX-1(초발광 X선 광원 1)이라는 믿을 수 없을 정도로 밝은 X선 광원을 관찰했습니다. 이는 관측된 물체가 단순한 별이나 은하가 아님을 시사합니다. 또한 연구원들은 HLX-1의 X선 특성이 시간이 지남에 따라 변한다는 사실을 발견했습니다. 이는 근처 별이 가까이 다가갈 때마다 블랙홀이 더 밝아지고 가스를 공급하고 짧은 X선 폭발을 일으킨 다음 천천히 사라짐을 시사합니다. 떨어져 있는. 관측된 플레어의 밝기를 기반으로 연구원들은 블랙홀의 최소 질량을 태양 질량의 약 500배로 계산했지만 일부 추정에서는 블랙홀의 무게가 태양 질량의 20,000배에 가깝다고 합니다.
현재 중력파 감지기LIGO와 Virgo는 협력하여 20 ~ 80 개의 태양 질량을 가진 블랙홀을 형성하는 20 개의 항성 질량 블랙홀을 발견했습니다. LIGO-Virgo는 BH (태양 질량 100 개 이상)를 감지하지 못했지만 연구자들은 향후 감지에 대해 낙관적입니다.
플랑크 블랙홀 (Micro black hole)
플랑크 블랙홀은 가능한 가장 작은 질량을 가진 가상 블랙홀로 플랑크 질량과 같습니다.
그러한 블랙홀의 물질 밀도는약 1094kg/m3이며 아마도 달성 가능한 최대 질량 밀도일 것입니다. 그러한 규모의 물리학은 아직 개발되지 않은 양자 중력 이론으로 설명되어야 합니다. 그러한 물체는 (아마도) 가능한 최대 질량, 즉 최대값을 갖는 가상의 기본 입자와 동일합니다.
플랑크 블랙홀은상호 작용의 작은 단면. 물질과 중성 극대값의 상호 작용에 대한 단면이 작기 때문에 현재 우주에서 물질의 중요한 부분 (또는 심지어 주요 부분)이 관측치와 모순되지 않고 극대값으로 구성 될 수 있다는 사실로 이어집니다. 특히 맥 시몬은 현재 우주론에서 그 존재가 인정되고있는 보이지 않는 물질 (암흑 물질)의 역할을 할 수 있습니다.
초대형 블랙홀-거인의 탄생
작은 블랙홀은 우주에 서식하지만사촌, 초대형 블랙홀이 지배합니다. 이 거대한 블랙홀은 태양보다 수백만 또는 수십억 배 더 크지 만 지름은 거의 같습니다. 이러한 블랙홀은 은하수를 포함한 거의 모든 은하의 중심에서 발견되는 것으로 믿어집니다.
과학자들은 얼마나 큰지 확신하지 못합니다.블랙홀. 이 거인이 형성되면 은하 중심에 풍부한 물질 인 먼지와 가스를 주변에 모아 더 큰 크기로 성장할 수 있습니다.
초거대질량 블랙홀이 그 결과일 수 있다수백 또는 수천 개의 작은 블랙홀이 합쳐진 것입니다. 거대한 가스 구름은 또한 붕괴와 질량의 급속한 증가의 원인이 될 수 있습니다. 아니면 함께 떨어지는 별들의 무리인 성단의 붕괴인가. 초대질량 블랙홀은 암흑물질이 대량으로 축적되어 발생할 수 있습니다. 이것은 다른 물체에 대한 중력 효과를 통해 관찰할 수 있는 물질입니다. 그러나 암흑물질은 빛을 방출하지 않고 직접 관찰할 수 없기 때문에 우리는 암흑물질이 무엇으로 구성되어 있는지 알지 못합니다.
새로운 종류의 블랙홀 - "초초거대질량" 또는 거대한 블랙홀
우리가 이미 알고 있듯이 우리 우주는거대한 블랙홀. 우리 은하의 중심에있는 초 거대 질량 블랙홀의 질량은 400 만 개의 태양이지만 은하 블랙홀처럼 아주 작습니다. 많은 은하계 블랙홀의 질량은 10 억 태양 질량이며 알려진 가장 거대한 블랙홀의 질량은 약 700 억 태양으로 추정됩니다. 그러나 블랙홀은 얼마나 클 수 있습니까?
블랙홀을 정말 거대하게 만들려면그녀는 생애 초기에 많은 양의 물질을 흡수해야합니다. 천천히 물질을 소비하면 주변 은하가 제자리에 떨어지고 우주가 확장되어 블랙홀이 더 많은 물질을 포착 할 수 없습니다. 그러나 블랙홀이 대량의 물질을 빠르게 삼키면 그 물질은 매우 뜨거워지고 다른 물질을 밀어내는 경향이있어 블랙홀이 성장하기 어렵습니다.
가장 큰 흑인 관찰에 근거블랙홀 형성에 대한 구멍과 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 은하 블랙홀 질량의 상한은 약 천억 태양 질량이라고 믿어집니다. 그러나 새로운 연구에 따르면 질량 제한이 훨씬 더 높을 수 있습니다.
과학자들의 연구에서은하 블랙홀은 아마도 수 천억의 태양 질량 한계를 가지고있을 것이며, 더 큰 블랙홀은 우주의 초기 단계에서 독립적으로 형성되었을 수 있습니다. 이 원시 블랙홀은 가장 큰 은하 블랙홀 질량의 백만 배 이상일 수 있습니다. 연구팀은이를 엄청나게 큰 블랙홀 또는 SLAB (엄청나게 큰 블랙홀)이라고 부릅니다.
원시 블랙홀에 대한 아이디어는 오랫동안 존재 해 왔습니다.그들은 암흑 물질에서부터 우리 태양계에서 가상의 9 번째 행성을 아직 발견하지 못한 이유에 이르기까지 모든 것에 대한 해결책으로 제안되었습니다. 그러나 이론적 모델은 원시 블랙홀이 초기 우주의 미세한 밀도 변동으로 형성된 항성 질량 블랙홀보다 훨씬 작을 것이라고 제안합니다. 그러나이 새로운 연구는 암흑 물질과 다른 요인들이 그들 중 일부에서 엄청난 성장을 일으킬 수 있음을 시사합니다.
초기 우주가 어둠 속에 풍부하다면물질, 특히 약하게 상호 작용하는 거대 입자 (WIMP)로 알려진 암흑 물질의 형태 인 경우 원시 블랙홀은 암흑 물질을 소모하여 빠르게 성장할 수 있습니다. 암흑 물질은 빛과 강하게 상호 작용하지 않기 때문에 갇힌 암흑 물질은 성장 속도를 늦추기 위해 많은 빛이나 열을 방출하지 않습니다. 결과적으로이 블랙홀은 우주가 냉각되고 은하가 형성되기 전에도 거대 할 수있었습니다. SLAB의 질량 상한은 WIMP 암흑 물질이 자신과 상호 작용하는 방식에 따라 달라 지므로 SLAB를 감지하면 암흑 물질을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.
인류는 어떻게 블랙홀을 사용할 수 있습니까?
상대성 이론은 다음과 같이 예측합니다.회전하는 블랙홀은 에너지 원으로 사용될 수 있습니다. 1969 년 Roger Penrose는이를위한 프로세스를 설명했습니다. 회전하는 블랙홀 주위에는 인간 권이 있습니다. 인간 권의 모든 신체는 블랙홀과 함께 회전합니다.
펜로즈 프로세스(메커니즘이라고도 함)Penrose)는 이론적으로 블랙홀을 에너지 추출 수단으로 간주합니다. 이러한 추출은 블랙홀의 회전 에너지가 사건의 지평선 내부가 아니라 외부(커 시공간 영역)에 있는 경우 발생할 수 있습니다. 이 작용권에서 모든 입자는 반드시 회전하는 시공간과 동시에 기관차 모드로 움직입니다. 거기에 있는 모든 물건은 그것에 의해 옮겨집니다. 이 경우 작용권으로 들어가는 물질 조각은 두 부분으로 나뉩니다. 예를 들어, 물질은 폭발물을 발사하여 분리되는 두 부분으로 구성되거나 반쪽을 밀어내는 미사일로 구성될 수 있습니다. 두 물질 조각이 분리될 때의 운동량은 한 조각이 블랙홀에서 탈출하고("무한대로 탈출") 다른 조각이 사건의 지평선을 넘어 블랙홀로 떨어지도록 배열될 수 있습니다. 조심스럽게 배치하면 물질의 탈출 부분은 원래 물질보다 더 큰 질량 에너지를 가질 수 있는 반면, 떨어지는 부분은 음의 질량 에너지를 받습니다. 추진력은 유지되지만 원래 의도했던 것보다 이 과정에서 더 많은 에너지를 추출할 수 있는 효과가 있습니다. 더욱이 차이점은 블랙홀 자체에서 제공됩니다. 따라서 이 과정은 물질로의 에너지 전달에 해당하는 블랙홀의 각운동량을 약간 감소시킵니다. 잃어버린 충동은 추출된 에너지로 변환됩니다.
Penrose 프로세스는 가능성을 나타냅니다.블랙홀에서 에너지를 얻지 만 좋은 실용적인 방법은 아닙니다. 이를 구현하려면 두 개의 신생아 입자의 속도가 빛의 절반을 초과하는 속도가 필요합니다. 그러한 사건의 예상 빈도는 매우 드물기 때문에 상당한 양의 에너지를 얻을 수 없습니다.
따라서 과학자들은 다른 메커니즘을 적극적으로 찾고 있습니다.예를 들어, Stephen Hawking은 블랙홀이 열 복사를 통해 에너지를 방출 할 수 있음을 보여주었습니다. 에너지를 추출하는 또 다른 방법은 전자기 상호 작용을 기반으로하는 Blanford-Znaek 프로세스입니다.
Columbia University의 Luca Comisso와 Adolfo Ibanez University의 Felipe A. Asenjo는 논문에서 Penrose 프로세스에 대한 또 다른 대안을 설명합니다.
블랙홀은 뜨거운 플라즈마, 입자로 둘러싸여 있습니다.자기장이 있습니다. 회전하는 블랙홀에서 에너지를 얻는 새로운 메커니즘의 기초는 인간 권 내부의 자기장 라인의 재 연결입니다. 이 경우 블랙홀은 외부 자기장에 있어야하며 큰 스핀 (a ~ 1)과 강한 자화를 가진 주변 플라즈마가 있어야합니다. 예를 들어, 길고 짧은 감마선 폭발의 결과로 형성된 블랙홀과 활동 은하 핵의 초 거대 질량 블랙홀이 필요한 특성을 가지고 있습니다.
자기 재 연결은 플라즈마의 일부를구멍의 회전 방향. 다른 부분은 반대 방향으로 가속하고 이벤트 지평선 너머로 떨어집니다. Penrose 메커니즘에서와 같이 에너지 방출은 흡수 된 플라즈마에 음의 에너지가 있고 가속 된 플라즈마가 인체 권에서 "탈출"하면 발생합니다. 차이점은 음의 에너지를 가진 입자를 형성하려면 자기장의 에너지를 소멸시켜야한다는 것입니다. Penrose가 설명하는 과정에서 입자의 관성 만이 역할을합니다.
과학자들이 말했듯이 설명 된 프로세스의 효율성은 150입니다.퍼센트. 즉,이 프로세스를 통해 구현에 필요한 것보다 1.5 배 더 많은 에너지를 얻을 수 있습니다. 인체 권에서 방출 된 플라즈마 입자가 블랙홀의 에너지를 제거하기 때문에 100 % 이상의 효율을 달성 할 수 있습니다. 블랙홀에서 에너지를 추출하는 새로운 메커니즘의 발견으로 천문학 자들은 회전 운동량을 더 잘 추정하고 에너지를 방출하는 방법을 이해할 수 있습니다. 이 발견은 여전히 실제 적용과는 거리가 멀다. 블랙홀로 날아가서 사건의 지평선을 넘어서지 않고 인체 권에 무언가를 배치하는 방법을 알아내는 것이 필요하다.
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끈 이론은 모든 것이기본 입자와 그 근본적인 상호 작용은 플랑크 길이 10 ~ 35m 정도의 초 미세 양자 스트링의 진동과 상호 작용의 결과로 발생합니다.