Kara delik türleri
Kütlelerine göre dört tür kara delik vardır: yıldız, orta,
Yıldız Kütleli Kara Delikler Küçük Ama Ölümcüldür
Samanyolu yaklaşık yüz milyon siyah içerirçok kütleli yıldızların çökmesi sonucu oluşan delikler. Bu yıldız kara deliklerinin her biri Güneşimizin yaklaşık 10 katı ağırlığındadır. Bu kara deliklerin çok azı, bir kara deliğin içine yavaşça dökülen sıradan bir yıldızın yakınındadır. Bu gaz kara deliğe düştüğünde, güçlü yerçekimi ve sürtünme ile ısınır. Bir kara deliğin yakınında, gaz tipik olarak 10 milyon santigrat dereceye ulaşır. Kara deliklerden gelen bu X-ışını kaynaklarının, yörüngedeki X-ışını gözlemevleri kullanılarak Samanyolu boyunca ve yakın galaksilerde gözlemlenmesi kolaydır.
Herhangi bir kara deliğin tamamenkütlesini ve dönüş hızını belirleyen sadece iki sayı ile tanımlanır. Elektron gibi temel bir parçacıktan daha basit bir şey bilmiyoruz. CFA bilim adamları, bu kara deliklerin ve sistemlerinin tüm yönlerini inceleyerek, bir düzineden fazla yıldız kara delik için bu temel parametrelerin her ikisini de - kütle ve dönüş - ölçtüler.
Evrendeki her yerde olmasına rağmen,kara delikler son derece gizemli nesneler olarak kalır. Einstein'ın 1916 görelilik teorisini 1926'nın kuantum mekaniği teorisiyle birleştirecek bir kuantum yerçekimi teorisine ihtiyacımız var. Fizikçilerin sicim teorisi ve diğerlerini inceleyen onlarca yıllık teorik çabalarına rağmen böyle bir teori mevcut değildir. Kuantum kütleçekimi teorisinin yaratılması, Newton, Einstein ve diğer devlerin başarılarıyla eşit düzeyde fiziğin tacı olacak.
Orta Kütle Kara Delik (IMBH) - Ortada sıkışmış
Yıldız büyüklüğündeki kara delikler sınıfları arasındaVe süper kütleli bir tane daha ara kütle olmalı. Her durumda, mantık yasalarına göre. Yıldız kütleli kara delikler ile süper kütleli kara delikler arasındaki farkı yaratan orta büyüklükte kara deliklerin olması gerekmez mi? Yaklaşık 100 ila 1 milyon güneş kütlesi arasında değişebilen bu kozmik ortalama kütlelere (gerçi kesin aralık kime sorduğunuza göre değişir) Orta Kütleli Kara Delikler (IMBH'ler) adı verilir. Her ne kadar gökbilimciler IMBH için Evrenin çeşitli yerlerine dağılmış çok sayıda ilgi çekici aday bulmuş olsalar da, bunların gerçekten var olup olmadığı sorusu hala çözülmemiş durumda. Ancak kanıtlar birikmeye başlar.
Kesin varoluş kanıtı olmasına rağmenIMBH, geçtiğimiz birkaç on yıl içinde bu çok büyük olmayan, çok küçük olmayan kara deliklerin varlığına işaret eden ilgi çekici kanıtları ortaya çıkaran bir dizi çalışma ile anlaşılmaz olmaya devam ediyor.
Spitzer Uzay Teleskobu tarafından yakın zamanda keşfedilen iki uzak tozsuz kuasar gibi genç bir kara deliğin bir resmi. (NASA / JPL-Caltech'in izniyle)
Örneğin, 2003 yılında, araştırmacılarESA'nın XMM-Newton Uzay Gözlemevi, yakınlardaki yıldızlarla dolup taşan NGC 1313'teki iki güçlü, farklı X-ışını kaynağını tespit etmek için. Çünkü kara delikler, çok yakın gelen ve yüksek püsküren materyali şiddetli bir şekilde yutma eğilimindedir. -enerji radyasyonu, bilinen en güçlü X-ışını radyasyonu kaynakları arasındadır. Araştırmacılar, NGC 1313'teki X-ışınlarının kaynaklarını belirleyerek ve bunların periyodik olarak nasıl parladıklarını inceleyerek, 2015 yılında, NGC 1313 X-1 olarak bilinen galaksinin kara deliklerinden birinin kütlesini sınırlamayı başardılar. Bunun Güneş'in kütlesinin yaklaşık 5.000 katı olduğunu tahmin ediyorlar, ister ver ister al, bu da onu orta kütleli bir kara deliğin kütle aralığına güvenle koyar.
Benzer şekilde, 2009 yılında araştırmacılar şunu keşfetti:orta büyüklükte bir kara deliğin varlığına dair daha güçlü kanıtlar. ESO 243-49 gökadasının kenarından yaklaşık 290 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan ekip, optik karşılığı olmayan, HLX-1 (Hiper-Parlak X-ışını kaynağı 1) adı verilen inanılmaz derecede parlak bir X-ışını kaynağını gözlemledi. Bu da gözlemlenen nesnenin sadece bir yıldız ya da galaksi olmadığını gösteriyor. Ek olarak araştırmacılar, HLX-1'in X-ışını imzasının zaman içinde değiştiğini buldu; bu da, yakındaki bir yıldız ona her yaklaştığında kara deliğin daha da parlaklaştığını, gaz beslediğini ve daha sonra yavaş yavaş kaybolan kısa X-ışını patlamalarına neden olduğunu öne sürdü. uzak. Araştırmacılar, gözlemlenen parlamaların parlaklığına dayanarak kara deliğin minimum kütlesinin Güneş kütlesinin yaklaşık 500 katı olduğunu hesapladı, ancak bazı tahminler kara deliğin ağırlığının 20.000 güneş kütlesine yakın olduğunu gösteriyor.
Şu anda, yerçekimi dalgası dedektörleriLIGO ve Başak, 20 ila 80 güneş kütlesine sahip kara delikler oluşturmak için birleşen 20 yıldız kütleli kara deliği keşfetmek için bir araya geldi. LIGO-Virgo herhangi bir BH (100'den fazla güneş kütlesi) tespit etmemiş olsa da, araştırmacılar gelecekte bunların tespiti konusunda iyimserler.
Planck kara deliği (Mikro kara delik)
Bir Planck kara deliği, Planck kütlesine eşit olan, olası en küçük kütleye sahip varsayımsal bir kara deliktir.
Böyle bir kara deliğin madde yoğunluğuyaklaşık 1094 kg/m³ ve muhtemelen ulaşılabilecek maksimum kütle yoğunluğudur. Bu ölçeklerdeki fizik, henüz geliştirilmemiş kuantum yerçekimi teorileriyle tanımlanmalıdır. Böyle bir nesne, (muhtemelen) mümkün olan maksimum kütleye (maksimum) sahip varsayımsal bir temel parçacıkla aynıdır.
Planck kara delikleri aşırı derecedeküçük etkileşim kesiti. Nötr maksimonların madde ile etkileşimi için kesitin küçüklüğü, şu anda Evrendeki maddenin önemli bir kısmının (hatta ana) gözlemlerle çelişkiye yol açmadan maksimonlardan oluşabileceği gerçeğine yol açar. Özellikle, maksimonlar, varlığı şu anda kozmolojide tanınan görünmez madde (karanlık madde) rolünü oynayabilir.
Süper kütleli kara delikler - devlerin doğuşu
Küçük kara delikler evrende yaşar, ancakkuzenler, süper kütleli kara delikler hakimdir. Bu devasa kara delikler, Güneş'ten milyonlarca, hatta milyarlarca kat daha büyüktür, ancak çapları yaklaşık olarak aynıdır. Bu tür kara deliklerin Samanyolu da dahil olmak üzere neredeyse her galaksinin merkezinde bulunduğuna inanılıyor.
Bilim adamları ne kadar büyük olduğundan emin değillerKara delikler. Bu devler bir kez oluştuktan sonra, galaksilerin merkezinde bol miktarda bulunan bir malzeme olan etraflarında bir toz ve gaz kütlesi toplayarak daha da büyük boyutlara ulaşmalarına izin veriyor.
Sonuç süper kütleli kara delikler olabiliryüzlerce veya binlerce küçük kara deliğin birleşmesi. Büyük gaz bulutları da bunların çökmesinden ve kütlelerinin hızla artmasından sorumlu olabilir. Yoksa bir yıldız kümesinin çöküşü mü, bir grup yıldızın birbirine düşmesi mi? Süper kütleli kara delikler, büyük karanlık madde birikimlerinden ortaya çıkabilir. Bu, diğer nesneler üzerindeki çekimsel etkisiyle gözlemleyebildiğimiz bir maddedir; ancak karanlık maddenin neyden yapıldığını bilmiyoruz çünkü ışık yaymıyor ve doğrudan gözlemlenemiyor.
Yeni bir kara delik sınıfı: "süper-süper kütleli" veya devasa kara delikler
Yani, zaten bildiğimiz gibi, Evrenimiz şunları içerirbüyük kara delikler. Galaksimizin merkezindeki süper kütleli kara delik 4 milyon Güneş kütlesine sahiptir, ancak galaktik kara delikler gibi oldukça küçüktür. Birçok galaktik kara deliğin kütlesi bir milyar güneş kütlesine sahiptir ve bilinen en büyük kara deliğin kütlesinin yaklaşık 70 milyar güneş olduğu tahmin edilmektedir. Ama bir kara delik ne kadar büyük olabilir?
Kara deliği gerçekten büyük yapmak içinyaşamının başlangıcında büyük miktarda maddeyi emmesi gerekir. Maddeyi yavaşça tüketirse, çevredeki galaksi yerine oturacak ve evren genişleyecek, böylece kara delik çok daha fazla maddeyi yakalayamayacak. Ancak bir kara delik hızla büyük miktarda maddeyi yutarsa, madde çok ısınır ve diğer maddeyi itme eğiliminde olur, bu da kara deliğin büyümesini zorlaştırır.
En büyük siyahların gözlemlerine dayanarakkara deliklerin oluşumuna ilişkin delikler ve bilgisayar simülasyonları, galaktik kara deliklerin kütlesinin üst sınırının yaklaşık 100 milyar güneş kütlesi olduğuna inanılmaktadır. Ancak yeni araştırmalar, kütle sınırının çok daha yüksek olabileceğini gösteriyor.
Bilim adamlarının çalışmalarında, buna rağmenGalaktik kara delikler muhtemelen yüz milyarlarca güneş kütle sınırına sahiptir, daha büyük kara delikler evrenin ilk aşamalarında bağımsız olarak oluşmuş olabilir. Bu ilkel kara delikler, en büyük galaktik kara deliklerin kütlesinin bir milyon katından fazla olabilir. Araştırma ekibi onlara inanılmaz derecede büyük kara delikler veya SLAB'lar (muazzam büyüklükte kara delikler) diyor.
İlkel kara delikler fikri uzun zamandır etrafta dolaşıyor.Karanlık maddeden, güneş sistemimizde neden henüz varsayımsal bir dokuzuncu gezegen keşfetmediğimize kadar her şeye bir çözüm olarak önerildi. Ancak teorik modeller, ilkel kara deliklerin, erken evrendeki küçük yoğunluk dalgalanmalarından oluşan yıldız kütleli kara deliklerden bile çok daha küçük olacağını öne sürüyor. Ancak bu yeni çalışma, karanlık maddenin ve diğer faktörlerin bazılarında muazzam büyümeye neden olabileceğini öne sürüyor.
Erken evren karanlıkta zengin olsaydımadde, özellikle zayıf etkileşimli büyük parçacıklar (WIMP) olarak bilinen bir tür karanlık madde, daha sonra ilkel kara delik hızla büyümek için karanlık maddeyi tüketebilir. Karanlık madde ışıkla güçlü bir şekilde etkileşime girmediğinden, hapsolmuş karanlık madde büyüme hızını yavaşlatmak için fazla ışık veya ısı yaymayacaktır. Sonuç olarak, bu kara delikler, evren soğumadan ve galaksiler oluşmadan önce bile çok büyük olabilirdi. SLAB için üst kütle sınırı, WIMP karanlık maddesinin kendisiyle nasıl etkileşime girdiğine bağlı olacaktır, bu nedenle herhangi bir SLAB tespit edersek, karanlık maddeyi anlamamıza yardımcı olabilir.
İnsanlık kara delikleri nasıl kullanabilir?
Görelilik teorisi,dönen kara delikler enerji kaynağı olarak kullanılabilir. 1969'da Roger Penrose bunu yapmak için bir süreç tanımladı. Dönen kara deliklerin etrafında - olay ufkundan önceki bölge - bir ergosfer vardır. Ergosferdeki tüm bedenler kara delikle birlikte döner.
Penrose süreci (ayrıca mekanizma olarak da adlandırılır)Penrose) teorik olarak kara delikleri enerji çıkarmanın bir yolu olarak görüyor. Böyle bir çıkarım, kara deliğin dönme enerjisi olay ufkunun içinde değil de Kerr uzay-zaman bölgesinin dışında yer alırsa gerçekleşebilir. Bu ergosferde herhangi bir parçacık zorunlu olarak dönen uzay-zamanla aynı anda lokomotif modunda hareket eder; oradaki tüm nesneler onun tarafından taşınır. Bu durumda ergosfere giren madde parçası iki parçaya bölünür. Örneğin madde, bir patlayıcının ateşlenmesiyle veya yarılarını iten bir füzeyle ayrılan iki parçadan oluşabilir. İki madde parçasının ayrılırken momentumu, bir parçanın kara delikten kaçacağı ("sonsuzluğa kaçacağı") ve diğerinin olay ufkunun ötesine kara deliğe düşeceği şekilde düzenlenebilir. Dikkatlice yerleştirildiğinde, maddenin kaçan kısmı orijinalinden daha büyük kütle enerjisine sahip olabilirken, düşen kısmı negatif kütle enerjisi alabilir. Momentumun korunmasına rağmen sonuç, bu süreçten başlangıçta amaçlanandan daha fazla enerjinin elde edilebilmesidir. Üstelik bu fark kara deliğin kendisinden kaynaklanıyor. Böylece süreç, kara deliğin açısal momentumunda hafif bir azalmayla sonuçlanır, bu da maddeye enerji aktarımına karşılık gelir. Kaybedilen dürtü de, çıkarılan enerjiye dönüştürülür.
Penrose süreci olasılığı gösterirBir kara delikten enerji elde etmek, ancak bu iyi bir pratik yöntem değildir. Uygulanması için, iki yeni partikülün ışık hızının yarısını aşan bir hıza sahip olması gerekir. Bu tür olayların beklenen sıklığı o kadar nadirdir ki, önemli miktarda enerji elde edilmesine izin vermez.
Bu nedenle, bilim adamları aktif olarak başka mekanizmalar arıyorlar.Örneğin Stephen Hawking, kara deliklerin ısı radyasyonu yoluyla enerjiyi serbest bırakabileceğini gösterdi. Enerjiyi çıkarmanın bir başka yolu da elektromanyetik etkileşime dayalı Blanford-Znaek sürecidir.
Columbia Üniversitesi'nden Luca Comisso ve Adolfo Ibanez Üniversitesi'nden Felipe A. Asenjo makalelerinde Penrose sürecine bir başka alternatifi anlatıyorlar.
Kara delikler sıcak plazma, parçacıklarla çevrilidirmanyetik alana sahip olan. Dönen kara deliklerden enerji elde etmek için yeni bir mekanizmanın temeli, ergosfer içindeki manyetik alan çizgilerinin yeniden bağlanmasıdır. Bu durumda, kara delik harici bir manyetik alanda olmalı, büyük bir dönüşe (a ~ 1) sahip olmalı ve etrafını saran plazma güçlü bir mıknatıslanmalıdır. Örneğin, uzun ve kısa gama ışını patlamaları sonucunda oluşan kara delikler ve aktif galaktik çekirdeklerdeki süper kütleli kara delikler gerekli özelliklere sahiptir.
Manyetik yeniden bağlanma, plazmanın bir kısmınıdeliğin dönüş yönü. Diğer kısım ise ters yönde hızlanır ve olay ufkunun ötesine düşer. Penrose mekanizmasında olduğu gibi enerji salınımı, emilen plazmanın negatif enerjiye sahip olması ve hızlandırılmış olanın ergosferden "kaçması" durumunda gerçekleşir. Aradaki fark, negatif enerjili parçacıkların oluşumunun manyetik alanın enerjisinin dağılmasını gerektirmesidir. Penrose tarafından anlatılan süreçte sadece parçacıkların eylemsizliği rol oynar.
Bilim adamlarının dediği gibi, açıklanan işlemin verimliliği 150'dir.yüzde. Bu, sürecin uygulanması için harcamanız gerekenden bir buçuk kat daha fazla enerji elde etmenizi sağladığı anlamına gelir. Yüzde 100'ün üzerinde bir verimlilik elde etmek mümkündür, çünkü ergosferden salınan plazma parçacıkları kara deliğin enerjisini taşır. Kara deliklerden enerji elde etmek için yeni bir mekanizmanın keşfi, astronomların dönme momentumlarını daha iyi tahmin etmelerine ve enerjiyi nasıl yaydıklarını anlamalarına olanak tanıyacak. Keşif hala pratik uygulamadan uzak: olay ufkunun ötesine düşmeden kara deliğe nasıl uçulacağını ve ergosferine nasıl bir şey yerleştirileceğini bulmak gerekiyor.
Daha fazla oku
Satürn'ün uydusu Titan, Dünya'ya oldukça benzer. İnsanlığın bunun için ne gibi planları var?
Pasifik'te çok sayıda gri balina açlıktan ölmeye başladı
COVID-19'dan iyileşenlerin üçte biri hastaneye geri dönüyor. Her sekizde bir - ölür
Sicim teorisi, her şeyinTemel parçacıklar ve bunların temel etkileşimleri, 10−35 m Planck uzunluğundaki ölçeklerdeki ultramikroskopik kuantum dizilerinin titreşimleri ve etkileşimleri sonucunda ortaya çıkar.