Cel mai mare mit despre găurile negre
multă masă într-un volum atât de mic încât există un orizont de evenimente: o regiune din interiorul căreia nimic, nici măcar lumina, nu poate scăpa. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă neapărat că găurile negre aspiră Materia; ele pur și simplu gravitează. J. Wise/Georgia Institute of Technology și J. Regan/Dublin City University
găurile negre sunt unele dintre cele mai ciudate și minunate obiecte din Univers. Cu cantități uriașe de masă concentrate într-un volum extrem de mic, ele se prăbușesc inevitabil la singularități, înconjurate de orizonturi de evenimente din care nimic nu poate scăpa. Acestea sunt cele mai dense obiecte din întregul univers. Ori de câte ori ceva se apropie prea mult de unul, forțele din gaura neagră îl vor sfâșia; când orice materie, antimaterie sau radiație traversează orizontul evenimentului, ea cade pur și simplu până la singularitatea centrală, crescând gaura neagră și adăugând la masa sa.
aceste proprietăți despre găurile negre sunt toate adevărate. Dar există o idee asociată care este ficțiune absolută: găurile negre aspiră materia înconjurătoare în ele. Acest lucru nu ar putea fi mai departe de adevăr și denaturează complet modul în care funcționează gravitația. Cel mai mare mit despre găurile negre este că acestea suge. Iată adevărul științific.
având un orizont de evenimente din care nimic nu poate scăpa și pentru canibalizarea vecinilor săi. Dar nu există nici o ‘supt’ se întâmplă să-l provoace, pur și simplu perturbarea materiei și o infall ocazionale de material. X-ray: NASA / CXC / UNH / D. Lin și colab., optică: CFHT, Ilustrație: NASA / CXC / M. Weiss
atât în principiu, cât și în practică, există multe moduri diferite de a forma o gaură neagră. Puteți avea o supernovă mare, masivă, în care miezul central implodează și formează o gaură neagră. Puteți asista la fuzionarea a două stele neutronice, unde, dacă trec un anumit prag de masă, vor avea ca rezultat o gaură neagră nou formată. Sau ai putea avea o mare colecție de materie — fie o stea supermasivă, fie un nor masiv de gaz contractant — prăbușindu-se direct într-o gaură neagră.
cu suficientă masă într-un volum suficient de concentrat de spațiu, se va forma un orizont de evenimente în jurul său. Din afara orizontului evenimentului, puteți scăpa în continuare dacă vă îndepărtați de gaura neagră cu viteza luminii. Cu toate acestea, dacă ați fi situați în orizontul evenimentului, atunci chiar și deplasându-vă la c, limita de viteză cosmică Supremă, orice cale pe care ați putea să o luați vă va conduce în continuare spre singularitatea centrală. Nu există scăpare din orizontul evenimentelor unei găuri negre.
totul din orizontul evenimentului se prăbușește până la o singularitate care este, cel mult, unidimensională. Nici o structură tridimensională nu poate supraviețui intactă. Întrebați departamentul de Fizică Van / UIUC
pentru obiecte din afara găurii negre, cu toate acestea, există încă o mulțime de probleme. Deoarece găurile negre sunt obiecte atât de masive, atunci când te apropii de unul, începi să experimentezi forțe semnificative de maree. S-ar putea să fiți cel mai familiarizați cu forțele mareelor de pe lună și cu modul în care interacționează cu Pământul.
sigur, în medie, puteți trata luna ca o masă punctuală și pământul ca o masă punctuală, separată de distanța relativ mare de 380.000 de kilometri sau cam așa ceva. Dar, în realitate, Pământul nu este un punct, ci un obiect care ocupă un volum real, dat. Părți ale pământului vor fi mai aproape de lună decât altele; părți vor fi mai departe. Părțile mai apropiate vor experimenta o atracție gravitațională mai mare decât media; părțile mai îndepărtate vor experimenta o atracție mai mică decât media.
va exista o forță care o va trage în direcția unei mase gravitaționale externe. Diferite puncte de-a lungul acelui obiect vor experimenta forțe ușor diferite, rezultând o forță de maree netă: diferențele dintre forța asupra punctelor individuale față de forța netă medie asupra întregului obiect. Departamentul de Oceanografie, școala postuniversitară navală
dar există mai mult decât faptul că părți ale Pământului sunt mai aproape și părți sunt mai departe de lună. Ca toate obiectele fizice, Pământul este tridimensional, ceea ce înseamnă că zonele „de sus” și „de jos” ale Pământului (din punctul de vedere al lunii) vor fi trase spre interior, spre centrul Pământului, în raport cu porțiunile situate în mijloc.
cu toate acestea, dacă scădem forța medie experimentată de fiecare punct de pe pământ, putem vedea cum toate diferitele puncte de pe suprafață experimentează diferit forțele externe de pe lună. Aceste linii de forță trasează forțele relative pe care le experimentează un obiect și explică de ce obiectele care experimentează maree se întind de-a lungul direcției forței și se comprimă perpendicular pe direcția forței.
la forța netă medie, în timp ce diferite puncte departe de centru vor experimenta forțe nete diferențiale. Acest lucru duce la un efect’ spaghetifying’. Krishnavedala / Wikimedia Commons
cu cât te apropii de un obiect masiv, cu atât aceste forțe mareice devin mai mari; forțele mareice devin mai mari chiar mai repede decât forța gravitațională! Deoarece găurile negre sunt atât extrem de masive, cât și extrem de compacte, ele generează cele mai mari forțe de maree cunoscute din Univers. Acesta este motivul pentru care, pe măsură ce vă apropiați de o gaură neagră, vă aflați „spaghettified” sau întins într-o formă subțire, asemănătoare tăiței.
pe baza acestui lucru, este ușor de văzut de ce te-ai aștepta ca găurile negre să te sugă: cu cât te apropii de unul, cu atât forța de atracție a gravitației devine mai puternică și cu atât forțele de maree te sfâșie.
fiind sfâșiat de perturbarea mareelor în timp ce se apropie de o gaură neagră. Pentru o gaură neagră de masă LHC, aceste forțe sunt neimportante, deoarece sunt neglijabil de mici, dar pentru găurile negre precum tipul din centrul galaxiei noastre, Forțele mareelor apropiate de orizontul evenimentelor pot fi enorme. ESO, ESA / Hubble, M. Kornmesser
totuși, ideea că vei fi aspirat într-o gaură neagră rămâne o concepție greșită și o doozy de una la asta. Fiecare particulă care formează un obiect afectat de o gaură neagră este încă supusă acelorași legi ale fizicii, inclusiv curbura gravitațională a spațiu-timpului generată de relativitatea generală.deși este adevărat că țesătura spațiului este curbată de prezența masei și că găurile negre oferă cea mai mare concentrație de masă oriunde în univers, este de asemenea adevărat că densitatea acelei mase nu contează pentru modul în care spațiul este curbat. Dacă ar fi să înlocuiți soarele cu o pitică albă, o stea neutronică sau o gaură neagră de aceeași masă exactă, forța gravitațională care acționează pe Pământ nu ar fi diferită. Este masa totală care curbează spațiul din jurul tău; densitatea nu are practic nimic de-a face cu ea.
grilă, punând o masă în jos face ca ceea ce ar fi fost linii’ drepte ‘ să devină în schimb curbate cu o anumită cantitate. În relativitatea generală, tratăm spațiul și timpul ca fiind continue, dar toate formele de energie, inclusiv, dar fără a se limita la masă, contribuie la curbura spațiu-timp. Dacă ar fi să înlocuim pământul cu o versiune mai densă, până la și inclusiv o singularitate, deformarea spațiu-timp prezentată aici ar fi identică; numai în interiorul Pământului ar fi notabilă o diferență. Christopher Vitale de la Networkologies și Institutul Pratt
de la distanță, o gaură neagră este la fel ca orice altă masă din Univers. Numai atunci când vă apropiați extrem de mult — în câteva raze Schwarzschild — începeți să observați plecările de la gravitația Newtoniană. Totuși, gaura neagră acționează pur și simplu ca un atractor, iar obiectele care se apropie de ea vor face aceleași orbite pe care le-ar face în mod normal: un cerc, elipsă, Parabolă sau hiperbolă, la o aproximare foarte bună.din cauza forțelor mareelor, obiectele care se apropie ar putea fi sfâșiate și din cauza materiei care se acumulează în jurul găurii negre sub forma unui disc de acumulare, ar putea exista efecte suplimentare prezente: câmpuri magnetice și frecare și încălzire. O parte din materie, având în vedere aceste interacțiuni suplimentare, este probabil să fie încetinită și, în cele din urmă, înghițită de gaura neagră, dar majoritatea covârșitoare ar scăpa în continuare.
gaura neagră supermasivă din centrul discului de acumulare trimite un jet îngust de materie de mare energie în spațiu, perpendicular pe disc. Un blazar la aproximativ 4 miliarde de ani lumină distanță este originea multor raze cosmice și neutrini cu cea mai mare energie. Numai materia din afara găurii negre poate părăsi gaura neagră; materia din interiorul orizontului evenimentului nu poate scăpa niciodată. DESY, Science Communication Lab
problema este că găurile negre nu aspiră nimic; nu există nicio forță pe care o gaură neagră o exercită pe care un obiect normal (cum ar fi o lună, o planetă sau o stea) nu o exercită. Până la urmă, totul este doar gravitație. Cea mai mare diferență este că găurile negre sunt mai dense decât majoritatea obiectelor, ocupând un volum mult mai mic de spațiu și capabile să fie mult mai masive decât orice alt obiect. Saturn ar putea fi bine orbitând Soarele nostru, dar dacă ar fi să înlocuiți soarele cu gaura neagră din centrul Căii Lactee — o gaură neagră care este de aproximativ 4.000.000 de ori mai masivă decât Soarele — forțele mareelor ar fi suficient de puternice pentru a rupe Saturn într-un inel enorm, unde ar deveni parte a discului de acumulare al găurii negre. Având în vedere suficientă frecare, încălzire și accelerație în prezența câmpurilor gravitaționale, electrice și magnetice pe care le generează toată materia, în cele din urmă ar cădea în interior și ar fi înghițit.
acumulează Materia și accelerează o porțiune din ea spre exterior în două jeturi perpendiculare, este un descriptor remarcabil al modului în care funcționează quasarii. Materia care cade într-o gaură neagră, de orice soi, va fi responsabilă pentru creșterea suplimentară atât a masei, cât și a dimensiunii orizontului evenimentului pentru gaura neagră. Cu toate acestea, în ciuda tuturor concepțiilor greșite de acolo, nu există ‘aspirare’ a materiei externe. Mark A. Găurile negre par să absoarbă Materia doar pentru că sunt atât de masive, iar combinația forțelor de maree și materia deja prezentă în jurul găurii negre poate rupe obiecte externe, unde o anumită fracțiune de particule sfâșiate vor experimenta suficientă forță de tracțiune pentru a fi canalizate în discul de acumulare și în cele din urmă în gaura neagră în sine. Dar găurile negre vor fi mâncătoare dezordonate; majoritatea covârșitoare a materiei care trece aproape de o gaură neagră va fi scuipată înapoi într-o formă sau alta. Doar porțiunea mică care se încadrează în orizontul evenimentului va determina vreodată să crească.
este frecare, încălzire și interacțiunea particulelor încărcate în mișcare creând forțe electromagnetice care pot canaliza masa în interiorul orizontului evenimentului. Dar în niciun moment o gaură neagră nu exercită o forță de aspirare; doar una gravitațională standard, de ultimă generație. Mark Garlick (Universitatea din Warwick)
dacă am înlocui fiecare masă din univers cu o gaură neagră cu masă echivalentă și am elimina tot materialul de frecare, cum ar fi discurile de acumulare, foarte puțin ar fi aspirat deloc. Singura frecare pe care o particulă ar experimenta-o se datorează emisiei sale de radiații gravitaționale pe măsură ce se deplasează prin spațiul-timp curbat generat de gaura neagră. Numai materialul care a format interiorul de trei ori raza orizontului evenimentului — interiorul celei mai interioare orbite circulare stabile (ISCO) în relativitate — ar fi inexorabil „aspirat”, datorită comportamentului teoriei lui Einstein în sine. În comparație cu ceea ce se încadrează de fapt în orizontul evenimentelor din realitatea noastră fizică, aceste efecte sunt neglijabile.
în cele din urmă, am avea doar forța gravitațională și spațiu-timpul curbat care ar rezulta din prezența acestor mase. Ideea că găurile negre aspiră orice este cel mai mare mit despre ele. Ele cresc datorită gravitației și nimic mai mult. În acest univers, este mai mult decât suficient.
Urmați-mă pe Twitter. Check out site-ul meu sau o parte din alte munca mea aici.
Leave a Reply