Typer sorte hull
Det er fire typer sorte hull basert på massen deres: stjerne, middels,
Sorte hull med stjernemasse er små, men dødelige
Melkeveien inneholder omtrent hundre millioner svartehull som ble dannet som et resultat av sammenbrudd av veldig massive stjerner. Hvert av disse stjernesorte hullene veier omtrent ti ganger solen vår. Svært få av disse sorte hullene er i nærheten av en vanlig stjerne som sakte renner over i et svart hull. Når denne gassen faller mot det svarte hullet, blir den varmet opp av sterk tyngdekraft og friksjon. I nærheten av et svart hull når gass en typisk temperatur på 10 millioner grader Celsius. Disse røntgenkildene fra sorte hull er lette å observere i hele Melkeveien, så vel som i nærliggende galakser, ved hjelp av en røntgenobservatorie.
Det er bemerkelsesverdig at noe svart hull helter beskrevet av bare to tall som bestemmer massen og rotasjonshastigheten. Vi vet ikke noe enklere enn en elementær partikkel som et elektron. CFA-forskere har målt begge disse grunnleggende parametrene - masse og spinn - i over et dusin stjernesvarte hull, og studert alle aspekter av disse sorte hullene og deres systemer.
Til tross for sin allestedsnærværende i universet,sorte hull forblir ekstremt mystiske gjenstander. Vi trenger en teori om kvantegravitasjon som vil kombinere Einsteins relativitetsteori fra 1916 med 1926s teori om kvantemekanikk. En slik teori eksisterer ikke, til tross for flere tiår med teoretisk innsats fra fysikere som studerer strengteori og andre. Opprettelsen av en teori om kvantegravitasjon blir fysikkens krone sammen med prestasjonene til Newton, Einstein og andre giganter.
Medium Mass Black Hole (IMBH) - Stakk i midten
Mellom klasser av stjernestørrelse sorte hullOg supermassiv må det være en til mellomledd. I alle fall i henhold til logikkens lover. Burde det ikke være mellomstore sorte hull som utgjør forskjellen mellom stjerne-masse sorte hull og supermassive sorte hull? Disse kosmiske gjennomsnittsmassene, som kan variere fra omtrent 100 til 1 million solmasser - selv om det nøyaktige området varierer avhengig av hvem du spør - kalles mellom-masse sorte hull hull, IMBHs). Og selv om astronomer har funnet flere overbevisende kandidater for IMBH spredt over hele universet, er spørsmålet om de faktisk eksisterer fortsatt uløst. Imidlertid begynner bevis å samle seg.
Selv om det er et bevis på eksistensIMBH er fortsatt unnvikende, med en rekke studier de siste tiårene som har avdekket spennende bevis som antyder eksistensen av disse ikke veldig store, ikke veldig små sorte hullene.
En illustrasjon av et ungt svart hull, for eksempel to fjerne støvfrie kvasarer som nylig ble oppdaget av Spitzer Space Telescope. (Bilde med tillatelse fra NASA / JPL-Caltech)
For eksempel brukte forskere i 2003ESAs XMM-Newton Space Observatory for å identifisere to sterke, distinkte røntgenkilder i den nærliggende stjernesprengningsgalaksen NGC 1313. Fordi sorte hull har en tendens til å sluke materiale som kommer for nært og spy ut høyt. -energistråling, de er blant de sterkeste kjente kildene til røntgenstråling. Ved å identifisere kildene til røntgenstråler i NGC 1313 og studere hvordan de blusser opp med jevne mellomrom, i 2015, var forskere i stand til å begrense massen til et av de antatte sorte hullene i galaksen kjent som NGC 1313 X-1. De beregnet at dette er omtrent 5000 ganger solens masse, gi eller ta, noe som sikkert setter den i masseområdet til et svart hull i mellommassen.
Tilsvarende oppdaget forskere i 2009enda sterkere bevis for eksistensen av et mellomstort sort hull. Laget omtrent 290 millioner lysår fra kanten av galaksen ESO 243-49, observerte teamet en utrolig lyssterk røntgenkilde kalt HLX-1 (Hyper-Luminous X-ray source 1), som ikke har noen optisk motstykke. Dette antyder at det observerte objektet ikke bare er en stjerne eller galakse. I tillegg fant forskerne at HLX-1s røntgensignatur endret seg over tid, noe som tyder på at det sorte hullet blir lysere hver gang en nærliggende stjerne kommer nærmere det, mater gass og forårsaker korte utbrudd av røntgenstråler som deretter sakte forsvinner. borte. Basert på lysstyrken til de observerte blussene, beregnet forskerne at det svarte hullets minimumsmasse var omtrent 500 ganger solens masse, selv om noen estimater legger vekten nærmere 20 000 solmasser.
For tiden er gravitasjonsbølgedetektorerLIGO og Jomfruen har slått seg sammen for å oppdage 20 stjernesorte svarte hull som smelter sammen og danner sorte hull med masser på 20 til 80 solmasser. Selv om LIGO-Virgo ikke har oppdaget noen BH (mer enn 100 solmasser), er forskere optimistiske med hensyn til deres påvisning i fremtiden.
Planck svart hull (Micro black hole)
Et Planck-svart hull er et hypotetisk svart hull med den minste mulige massen, som er lik Planck-massen.
Tettheten av materie i et slikt sort hull erca. 1094 kg/m³ og er sannsynligvis den maksimalt oppnåelige massetettheten. Fysikk i slike skalaer må beskrives av teorier om kvantetyngdekraft som ennå ikke er utviklet. Et slikt objekt er identisk med en hypotetisk elementarpartikkel med (antagelig) størst mulig masse - et maksimum.
Planck sorte hull er preget av ekstremtlite tverrsnitt av interaksjon. Tverrsnittets litenhet for samspillet mellom nøytrale maksimoner med materie fører til det faktum at en betydelig (eller til og med hoveddelen) av materien i universet på det nåværende tidspunkt kan bestå av maksimoner, uten å føre til en motsetning med observasjoner. Spesielt kan maximons spille rollen som usynlig materie (mørk materie), hvis eksistens for tiden er anerkjent i kosmologi.
Supermassive sorte hull - fødselen til giganter
Små sorte hull bor i universet, men deresfettere, supermassive sorte hull, dominerer. Disse store sorte hullene er millioner eller til og med milliarder ganger mer massive enn solen, men omtrent like store i diameter. Slike sorte hull antas å bli funnet i sentrum av praktisk talt alle galakser, inkludert Melkeveien.
Forskere er ikke sikre på hvor storesvarte hull. Når disse gigantene er dannet, samler de en masse støv og gass rundt seg, et materiale som er rikelig i sentrum av galakser, slik at de kan vokse til enda større størrelser.
Supermassive sorte hull kan bli resultatetsammenslåinger av hundrevis eller tusenvis av små sorte hull. Store gassskyer kan også være ansvarlige for deres kollaps og raske økning i masse. Eller er det kollapsen av en stjernehop, en gruppe stjerner som faller sammen. Supermassive sorte hull kan oppstå fra store ansamlinger av mørk materie. Dette er et stoff som vi kan observere gjennom dets gravitasjonseffekt på andre objekter; Vi vet imidlertid ikke hva mørk materie er laget av fordi den ikke sender ut lys og kan ikke observeres direkte.
En ny klasse med sorte hull - "super-supermassive" eller enorme sorte hull
Så, som vi allerede vet, inneholder vårt universstore svarte hull. Det supermassive sorte hullet i sentrum av galaksen har en masse på 4 millioner soler, men det er ganske lite, som galaktiske sorte hull. Mange galaktiske sorte hull har en masse på en milliard solmasser, og massen av det mest massive sorte hullet som er kjent er estimert til rundt 70 milliarder soler. Men hvor stort kan et svart hull være?
Å gjøre det sorte hullet veldig massivthun må absorbere en stor mengde av stoffet i begynnelsen av livet. Hvis den sakte forbruker materie, vil den omkringliggende galaksen falle på plass og universet utvides, slik at det svarte hullet ikke kan fange opp mye mer materie. Men når et svart hull raskt sluker inn en stor mengde materie, blir saken veldig varm og har en tendens til å avvise annen materie, noe som gjør det vanskelig for det svarte hullet å vokse.
Basert på observasjoner av de største svartehull og datasimuleringer av dannelsen av sorte hull, antas det at den øvre grensen for massen av galaktiske sorte hull er omtrent 100 milliarder solmasser. Men ny forskning antyder at massegrensen kan være mye høyere.
Arbeidet til forskere bemerker at, selv omgalaktiske sorte hull har sannsynligvis en solmassegrense på hundrevis av milliarder, større sorte hull kan ha dannet seg uavhengig i de tidlige stadiene av universet. Disse opprinnelige sorte hullene kan være mer enn en million ganger massen av de største galaktiske sorte hullene. Forskerteamet kaller dem utrolig store sorte hull eller SLABs (utrolig store sorte hull).
Ideen om urmilde sorte hull har eksistert lenge.De er blitt foreslått som en løsning på alt fra mørk materie til hvorfor vi ennå ikke har oppdaget en hypotetisk niende planet i vårt solsystem. Men teoretiske modeller antyder at urhule sorte hull ville være mye mindre enn til og med stjernemasse sorte hull dannet av små tetthetssvingninger i det tidlige universet. Men denne nye studien antyder at mørk materie og andre faktorer kan forårsake kolossal vekst i noen av dem.
Hvis det tidlige universet var rikt på mørkematerie, spesielt en form for mørk materie kjent som svakt interagerende massive partikler (WIMP), da kan det opprinnelige sorte hullet forbruke mørk materie til å vokse raskt. Siden mørk materie ikke samhandler sterkt med lys, vil ikke fanget mørk materie avgi mye lys eller varme for å bremse veksthastigheten. Som et resultat kunne disse sorte hullene ha vært enorme før universet ble avkjølt og galakser dannet. Den øvre massegrensen for SLAB vil avhenge av hvordan WIMP-mørke materien interagerer med seg selv, så hvis vi oppdager noen SLAB-er, kan det hjelpe oss å forstå mørk materie.
Hvordan kan menneskeheten bruke sorte hull?
Relativitetsteorien forutsier detroterende sorte hull kan brukes som energikilder. I 1969 beskrev Roger Penrose en prosess for å gjøre dette. Det er en ergosfære rundt de roterende sorte hullene - regionen som går foran begivenhetshorisonten. Alle legemer i ergosfæren kretser med det svarte hullet.
Penrose-prosess (også kalt mekanismePenrose) ser teoretisk på sorte hull som et middel til å utvinne energi. Slik utvinning kan skje hvis det sorte hullets rotasjonsenergi ikke befinner seg innenfor hendelseshorisonten, men utenfor - i området Kerr rom-tid. I denne ergosfæren beveger enhver partikkel nødvendigvis seg i lokomotivmodus samtidig med roterende rom-tid, dvs. alle gjenstandene der inne blir båret bort av den. I dette tilfellet deles et stykke materie som kommer inn i ergosfæren i to deler. For eksempel kan materie bestå av to deler som skilles ved å skyte et eksplosiv eller et missil som skyver halvdelene fra hverandre. Momentumet til to materiestykker når de skilles kan ordnes slik at den ene delen slipper ut av det sorte hullet (det "rømmer til det uendelige") og den andre faller utenfor hendelseshorisonten inn i det sorte hullet. Med forsiktig plassering kan den unnslippende delen av materien ha større masseenergi enn den opprinnelige, mens den fallende delen av den mottar negativ masseenergi. Selv om momentum beholdes, er effekten at det kan utvinnes mer energi fra denne prosessen enn det opprinnelig var tenkt. Dessuten er forskjellen gitt av selve det sorte hullet. Prosessen resulterer dermed i en liten reduksjon i det sorte hullets vinkelmoment, som tilsvarer en overføring av energi til materie. Den tapte impulsen blir på sin side omdannet til utvunnet energi.
Penrose-prosessen indikerer mulighetenfå energi fra et svart hull, men det er ikke en god praktisk metode. For implementeringen er det nødvendig at to nyfødte partikler har en hastighet som overstiger halvparten av lysets hastighet. Den forventede hyppigheten av slike hendelser er så sjelden at den ikke tillater at det oppnås en betydelig mengde energi.
Derfor leter forskere aktivt etter andre mekanismer.For eksempel viste Stephen Hawking at sorte hull kan frigjøre energi gjennom varmestråling. En annen måte å utvinne energi på er Blanford-Znaek-prosessen, basert på elektromagnetisk interaksjon.
Luca Comisso fra Columbia University og Felipe A. Asenjo fra Adolfo Ibanez University beskriver et annet alternativ til Penrose-prosessen i sin artikkel.
Svarte hull er omgitt av varmt plasma, partiklersom har et magnetfelt. Grunnlaget for en ny mekanisme for å skaffe energi fra roterende sorte hull er gjenkobling av magnetfeltlinjer inne i ergosfæren. I dette tilfellet skal det svarte hullet være i et eksternt magnetfelt, ha en stor spinn (a ~ 1) og det omkringliggende plasmaet med sterk magnetisering. For eksempel har sorte hull dannet som et resultat av lange og korte gammastrålesprengninger og supermassive sorte hull i aktive galaktiske kjerner de nødvendige egenskapene.
Magnetisk tilkobling akselererer en del av plasmaet inn irotasjonsretningen til hullet. Den andre delen akselererer i motsatt retning og faller utenfor begivenhetshorisonten. Frigjøring av energi, som i Penrose-mekanismen, skjer hvis det absorberte plasmaet har negativ energi, og den akselererte "rømmer" fra ergosfæren. Forskjellen er at dannelsen av partikler med negativ energi krever spredning av magnetfeltets energi. I prosessen beskrevet av Penrose, spiller bare tregheten til partiklene en rolle.
Som forskere sier, er effektiviteten til den beskrevne prosessen 150prosent. Dette betyr at prosessen lar deg få halvannen ganger mer energi enn du trenger å bruke på implementeringen. Det er mulig å oppnå en effektivitet på mer enn 100 prosent fordi plasmapartiklene som frigjøres fra ergosfæren, bærer bort det sorte hullets energi. Oppdagelsen av en ny mekanisme for utvinning av energi fra sorte hull vil tillate astronomer å bedre estimere rotasjonsmomentet og forstå hvordan de utstråler energi. Oppdagelsen er fortsatt langt fra praktisk anvendelse: det er nødvendig å finne ut hvordan man kan fly til det sorte hullet og plassere noe i ergosfæren uten å falle utenfor hendelseshorisonten.
Les mer
Saturns måne Titan er bemerkelsesverdig lik jorden. Hvilke planer har menneskeheten for det?
Et stort antall gråhval begynner å sulte og dø i Stillehavet
En tredjedel av dem som har kommet seg etter COVID-19, kommer tilbake til sykehuset. Hver åttende - dør
Strengteori er basert på hypotesen om at alleelementære partikler og deres grunnleggende interaksjoner oppstår som et resultat av vibrasjoner og interaksjoner av ultramikroskopiske kvantestrenger på skalaer i størrelsesorden Planck-lengde på 10−35 m