Den største myte om sorte huller
meget masse i et så lille volumen, at der findes en begivenhedshorisont: en region, hvorfra intet, ikke engang lys, kan undslippe. Alligevel betyder det ikke nødvendigvis, at sorte huller suger stof ind; de graviterer simpelthen. J. Vis/Georgia Institute of Technology og J. Regan / Dublin City University
sorte huller er nogle af de mærkeligste, mest vidunderlige objekter i hele universet. Med enorme mængder masse koncentreret i et ekstremt lille volumen, kollapser de uundgåeligt ned til singulariteter, omgivet af begivenhedshorisonter, hvorfra intet kan undslippe. Disse er de tætteste objekter i hele universet. Når noget kommer for tæt på en, vil kræfterne fra det sorte hul rive det fra hinanden; når noget stof, antimateriale eller stråling krydser begivenhedshorisonten, falder det simpelthen ned til den centrale singularitet, vokser det sorte hul og tilføjer dets masse.
disse egenskaber om sorte huller er alle sande. Men der er en tilhørende ide, der er absolut fiktion: sorte huller suger omgivende stof ind i dem. Dette kunne ikke være længere væk fra sandheden og repræsenterer fuldstændigt, hvordan tyngdekraften fungerer. Den største myte om sorte huller er, at de suger. Her er den videnskabelige sandhed.
at have en begivenhedshorisont,hvorfra intet kan undslippe, og for at kannibalisere sine naboer. Men der er ikke nogen ‘sugende’, der fortsætter med at forårsage det, simpelthen forstyrrelsen af materie og en lejlighedsvis infall af materiale. Lin et al, optisk: CFHT, Illustration: Både i princippet og i praksis er der mange forskellige måder at danne et sort hul på. Du kan have en stor, massiv stjerne go supernova, hvor den centrale kerne imploderer og danner et sort hul. Du kan se to neutronstjerner fusionere, hvor hvis de krydser en bestemt massetærskel, vil de resultere i et nydannet sort hul. Eller du kunne have en stor samling af stof — enten en supermassiv stjerne eller en massiv sky af kontraherende gas-kollapse ned direkte til et sort hul.
med tilstrækkelig masse i et koncentreret nok rumfang dannes en begivenhedshorisont omkring den. Uden for begivenhedshorisonten kan du stadig flygte, hvis du bevæger dig væk fra det sorte hul med lysets hastighed. Men hvis du var placeret inden for begivenhedshorisonten, så bevæger du dig endda ved c, den ultimative kosmiske hastighedsgrænse, enhver sti, du kunne tage, vil stadig føre dig mod den centrale singularitet. Der er ingen flugt inden for begivenhedshorisonten for et sort hul.
alt inde i begivenhedshorisonten knuser ned til en singularitet, der højst er endimensionel. Ingen tredimensionelle strukturer kan overleve intakt. Spørg Van / UIUC Fysikafdelingen
for objekter uden for det sorte hul, men der er stadig masser af problemer. Fordi sorte huller er så massive genstande, når du kommer tæt på en, begynder du at opleve betydelige tidevandskræfter. Du er måske mest bekendt med tidevandskræfter fra Månen og hvordan den interagerer med jorden.
sikker på, at du i gennemsnit kan behandle Månen som en punktmasse og jorden som en punktmasse, adskilt af den relativt store afstand på 380.000 kilometer eller deromkring. Men i virkeligheden er jorden ikke et punkt, men et objekt, der optager et reelt givet volumen. Dele af jorden vil være tættere på månen end andre; dele vil være længere væk. Jo tættere dele vil opleve en større gravitationsattraktion end gennemsnittet; de fjernere dele vil opleve en mindre attraktion end gennemsnittet.
der vil være en kraft, der trækker den i retning af en ekstern gravitationsmasse. Forskellige punkter langs objektet vil opleve lidt forskellige kræfter, hvilket resulterer i en netto tidevandskraft: forskellene mellem kraften på de enkelte punkter versus den gennemsnitlige nettokraft på hele objektet. Institut for Oceanografi, Naval Postgraduate School
men der er mere end bare det faktum, at dele af jorden er tættere og dele er længere væk fra Månen. Som alle fysiske objekter er jorden tredimensionel, hvilket betyder, at jordens “øverste” og “nederste” områder (fra månens synspunkt) trækkes indad mod Jordens centrum i forhold til de dele, der er placeret i midten.
alt fortalt, hvis vi trækker ud den gennemsnitlige kraft, der opleves af hvert punkt på jorden, kan vi se, hvordan alle de forskellige punkter på overfladen oplever de ydre kræfter fra Månen forskelligt. Disse kraftlinjer kortlægger de relative kræfter, som et objekt oplever, og forklarer, hvorfor objekter, der oplever tidevand, strækkes langs kraftens retning og komprimeres vinkelret på kraftens retning.
til den gennemsnitlige nettokraft, mens forskellige punkter væk fra midten vil opleve differentierede nettokrafter. Dette resulterer i en’ spaghettifying ‘ effekt. Jo tættere du kommer på et massivt objekt, jo større bliver disse tidevandsstyrker; tidevandsstyrkerne bliver større endnu hurtigere end tyngdekraften gør! Fordi sorte huller både er ekstremt massive og ekstremt kompakte, genererer de de største kendte tidevandskræfter i universet. Dette er grunden til, når du nærmer dig et sort hul, du finder dig selv at blive “spaghettificeret,” eller strakt i en tynd, nudellignende form.
baseret på dette er det let at se, hvorfor du forventer, at sorte huller suger dig ind: jo tættere du kommer på en, jo stærkere bliver den attraktive tyngdekraft, og jo stærkere tidevandskræfterne, der river dig fra hinanden, får.
bliver revet fra hinanden af tidevandsforstyrrelser, da det nærmer sig et sort hul. For et LHC-masse sort hul er disse kræfter ubetydelige, da de er ubetydeligt små, men for sorte huller som typen i vores galakses centrum kan tidevandskræfter tæt på begivenhedshorisonten være enorme. ESO, ESA / Hubble, M. Kornmesser
stadig er ideen om, at du bliver suget ind i et sort hul, en misforståelse, og en sludder af en på det. Hver enkelt partikel, der udgør et objekt, der er påvirket af et sort hul, er stadig underlagt de samme fysiske love, herunder gravitationskrumning af rumtid genereret af generel relativitet.selvom det er rigtigt, at stoffet i rummet er buet af tilstedeværelsen af masse, og at sorte huller tilbyder den største koncentration af masse overalt i universet, er det også sandt, at massens massefylde ikke betyder noget for, hvordan rummet er buet. Hvis du skulle erstatte solen med en hvid dværg, neutronstjerne eller sort hul af samme nøjagtige masse, ville tyngdekraften, der virker på jorden, ikke være anderledes. Det er den samlede masse, der kurver rummet omkring dig; tæthed har praktisk talt intet at gøre med det.
gitter, der lægger en masse ned, forårsager, hvad der ville have været ‘lige’ linjer til i stedet at blive buet af et bestemt beløb. I generel relativitet behandler vi rum og tid som kontinuerlige, men alle former for energi, inklusive men ikke begrænset til masse, bidrager til rumtids krumning. Hvis vi skulle erstatte jorden med en tættere version, op til og med en singularitet, ville rumtidsdeformationen vist her være identisk; kun inde i jorden selv ville en forskel være bemærkelsesværdig. Christopher Vitale fra netværksteknologier og Pratt Institute
på afstand er et sort hul ligesom enhver anden masse i universet. Det er først, når du kommer ekstremt tæt på — inden for et par radier — at du begynder at bemærke afgangene fra den nye tyngdekraft. Alligevel fungerer det sorte hul simpelthen som en tiltrækker, og objekter, der nærmer sig det, vil gøre de samme baner, som de normalt ville: en Cirkel, ellipse, parabola eller hyperbola, til en meget god tilnærmelse.
på grund af tidevandskræfterne kan nærliggende objekter blive revet fra hinanden, og på grund af sagen, der er accreted omkring det sorte hul i form af en accretion disk, kan der være yderligere effekter til stede: magnetfelter og friktion og opvarmning. Noget af sagen, i betragtning af disse yderligere interaktioner, vil sandsynligvis blive bremset og til sidst slugt af det sorte hul, men det overvældende flertal vil stadig undslippe.
det supermassive sorte hul i midten af accretion-disken sender en smal højenergistråle af stof ud i rummet vinkelret på disken. 4 milliarder lysår væk er oprindelsen af mange af de højeste energi kosmiske stråler og neutrinoer. Kun stof uden for det sorte hul kan forlade det sorte hul; stof inde fra begivenhedshorisonten kan aldrig undslippe. DESY, Science Communication Lab
faktum er, at sorte huller ikke suger noget ind; der er ingen kraft, som et sort hul udøver, som en normal genstand (som en måne, planet eller stjerne) ikke udøver. I sidste ende er det bare tyngdekraften. Den største forskel er, at sorte huller er tættere end de fleste objekter, besætter et meget mindre rumfang og er i stand til at være langt mere massiv end nogen anden enkelt genstand. Saturn kan være fint kredser vores sol, men hvis du skulle erstatte solen med det sorte hul i midten af Mælkevejen — et sort hul, der er omkring 4.000.000 gange så massiv som Solen — tidevandsstyrkerne ville være stærk nok til at bryde Saturn op i en enorm ring, hvor det ville blive en del af det sorte huls tilvækst disk. I betragtning af tilstrækkelig friktion, opvarmning og acceleration i nærvær af gravitations -, elektriske og magnetiske felter, som alt stof genererer, vil det til sidst falde ind og blive slugt.
accretes materie og accelererer en del af det udad i to vinkelrette stråler, er en fremragende beskrivelse af, hvordan kvasarer fungerer. Sagen, der falder ind i et sort hul, af enhver sort, vil være ansvarlig for yderligere vækst i både masse og begivenhedshorisontstørrelse for det sorte hul. På trods af alle misforståelser derude er der imidlertid ingen ‘sugning’ af eksternt stof. Mark A. Garlick
sorte huller ser kun ud til at suge stof ind, fordi de er så massive, og kombinationen af tidevandskræfter og det stof, der allerede er til stede omkring det sorte hul, kan rive eksterne genstande fra hinanden, hvor en vis brøkdel af revne partikler vil opleve nok af en trækstyrke til at blive trukket ind i accretion disken og til sidst ind i selve det sorte hul. Men sorte huller vil være rodede spisere; det overvældende flertal af stof, der passerer tæt på et sort hul, vil blive spyttet tilbage i en eller anden form. Det er kun den lille del, der falder inden for begivenhedshorisonten, der nogensinde får den til at vokse.
det er friktion, opvarmning og samspillet mellem ladede partikler i bevægelse, der skaber elektromagnetiske kræfter, der kan tragt masse inde i begivenhedshorisonten. Men på intet tidspunkt udøver et sort hul en sugende kraft; bare en standard, gravitationel gravitation. Hvis vi udskiftede hver masse i universet med et tilsvarende masse sort hul og fjernede alt friktionsmateriale som accretion diske, ville meget lidt blive suget ind overhovedet. Den eneste friktion, en partikel ville opleve, skyldes dens emission af gravitationsstråling, når den bevæger sig gennem den buede rumtid, der genereres af det sorte hul. Kun det materiale, der dannede interiør til tre gange begivenhedshorisontradiusen — indvendigt til den inderste stabile cirkulære bane (ISCO) i relativitet — ville ubønhørligt blive “suget” ind på grund af Einsteins teori selv. Sammenlignet med hvad der faktisk falder ind i begivenhedshorisonten i vores fysiske virkelighed, er disse effekter ubetydelige.
i sidste ende ville vi kun have tyngdekraften og den buede rumtid, der ville skyldes tilstedeværelsen af disse masser. Tanken om, at sorte huller suger noget ind, er den største myte om dem. De vokser på grund af tyngdekraften og ikke mere. I dette univers er det mere end nok.
Følg mig på Facebook. Tjek min hjemmeside eller noget af mit andet arbejde her.
Leave a Reply