Black Hole Image Gallery Konstnärsbegrepp i närheten av det svarta hålet i kärnan i galaxen NGC 4261. Se fler bilder av svart hål. Foto med tillstånd av NASA/Space Telescope Science Institute (J.Gitlin, konstnär) Du kanske har hört någon säga, "Mitt skrivbord har blivit ett svart hål!" Du kanske har sett ett astronomiprogram på tv eller läst en tidningsartikel om svarta hål. Dessa exotiska föremål har fångat vår fantasi ända sedan de förutspåddes av Einsteins Teori om allmän relativitet 1915.
Vad är svarta hål? Finns de verkligen? Hur kan vi hitta dem? I den här artikeln, vi kommer att undersöka svarta hål och svara på alla dessa frågor!
Innehåll
Konstnärs koncept för ett svart hål:Pilarna visar föremålens vägar i och runt det svarta hålets öppning. Foto med tillstånd av NASA A svart hål är det som återstår när en massiv stjärna dör.
Om du har läst hur stjärnor fungerar, då vet du att en stjärna är en enorm, Fantastisk fusionsreaktor . Eftersom stjärnor är så massiva och gjorda av gas, det finns ett intensivt gravitationsfält som alltid försöker kollapsa stjärnan. Fusionsreaktionerna som händer i kärnan är som en jättefusionsbomb som försöker explodera stjärnan. De balans mellan gravitationskrafterna och de explosiva krafterna är det som definierar stjärnans storlek.
När stjärnan dör, kärnfusionsreaktionerna stannar eftersom bränslet för dessa reaktioner brinner upp. På samma gång, stjärnans tyngdkraft drar material inåt och komprimerar kärnan. När kärnan komprimeras, den värms upp och skapar så småningom en supernovaexplosion där materialet och strålningen blåser ut i rymden. Det som återstår är det högkomprimerade, och extremt massiv, kärna. Kärnans tyngdkraft är så stark att inte ens ljus kan fly.
Detta objekt är nu ett svart hål och försvinner bokstavligen ur sikte. Eftersom kärnans tyngdkraft är så stark, kärnan sjunker genom tyget av rymdtid, skapa ett hål i rymdtid-det är därför objektet kallas a svart hål .
Kärnan blir den centrala delen av det svarta hålet som kallas säregenhet . Hålets öppning kallas händelsehorisont .
Du kan tänka på händelsehorisonten som mynningen i det svarta hålet. När någonting passerar händelsehorisonten, det är borta för alltid. Väl inne i evenemangshorisonten, alla "händelser" (punkter i rymd-tid) stannar, och inget (ens ljus) kan fly. Händelshorisontens radie kallas Schwarzschild radie , uppkallad efter astronomen Karl Schwarzschild, vars arbete ledde till teorin om svarta hål.
HistoriaBegreppet ett föremål från vilket ljus inte kunde komma undan (t.ex. svart hål) föreslogs ursprungligen av Pierre Simon Laplace 1795. Med hjälp av Newtons gravitationsteori, Laplace beräknade att om ett föremål komprimeras till en tillräckligt liten radie, då skulle flyktets hastighet för objektet vara snabbare än ljusets hastighet.
Konstnärs koncept av ett svart hål och dess omgivning:Den svarta cirkeln är händelsehorisonten och den äggformade regionen är ergosfären. Foto med tillstånd av NASA Det finns två typer av svarta hål:
De Schwarzschild svart hål är det enklaste svarta hålet, i vilken kärnan inte roterar. Denna typ av svart hål har bara en singularitet och en händelsehorisont.
De Kerr svart hål, som förmodligen är den vanligaste formen i naturen, roterar eftersom stjärnan från vilken den bildades roterade. När den roterande stjärnan kollapsar, kärnan fortsätter att rotera, och detta fördes över till det svarta hålet ( bevarande av vinkelmoment ). Kerr -svarta hålet har följande delar:
Om ett objekt passerar in i ergosfär det kan fortfarande matas ut från det svarta hålet genom att få energi från hålets rotation.
Dock, om ett objekt korsar händelsehorisont , det kommer att sugas in i det svarta hålet och aldrig fly. Vad som händer inne i det svarta hålet är okänt; även våra nuvarande teorier om fysik gäller inte i närheten av en singularitet.
Även om vi inte kan se ett svart hål, den har tre egenskaper som kan eller kan mätas:
Från och med nu, vi kan bara mäta det svarta hålets massa på ett tillförlitligt sätt genom att andra föremål rör sig runt det. Om ett svart hål har en följeslagare (en annan stjärna eller materialskiva), det är möjligt att mäta rotationsradien eller materialets omloppshastighet runt det osynliga svarta hålet. Massan av det svarta hålet kan beräknas med hjälp av Keplers modifierade tredje lag för planetrörelse eller rotationsrörelse.
Hubble rymdteleskop bild av kärnan i galaxen NGC 4261 Foto med tillstånd av NASA/Space Telescope Science Institute Kredit:L. Ferrarese (Johns Hopkins University) och NASA Även om vi inte kan se svarta hål, vi kan upptäcka eller gissa närvaron av en genom att mäta dess effekter på föremål runt den. Följande effekter kan användas:
Många svarta hål har föremål runt sig, och genom att titta på objektens beteende kan du upptäcka förekomsten av ett svart hål. Du använder sedan mätningar av föremålens rörelse runt ett misstänkt svart hål för att beräkna det svarta hålets massa.
Det du letar efter är en stjärna eller en gasskiva som beter sig som om det fanns en stor massa i närheten. Till exempel, om en synlig stjärna eller gasskiva har en "vinglande" rörelse eller snurrande OCH det inte finns någon synlig orsak till denna rörelse OCH den osynliga orsaken har en effekt som verkar orsakas av ett föremål med en massa större än tre solmassor ( för stor för att vara en neutronstjärna), då är det möjligt att ett svart hål orsakar rörelsen. Du uppskattar sedan massan av det svarta hålet genom att titta på effekten det har på det synliga föremålet.
Till exempel, i kärnan i galaxen NGC 4261, det finns en brun, spiralformad skiva som roterar. Skivan är ungefär lika stor som vårt solsystem, men väger 1,2 miljarder gånger så mycket som solen. En sådan enorm massa för en skiva kan tyda på att det finns ett svart hål i skivan.
Einsteins allmänna relativitetsteori förutspådde det tyngdkraften kan böja rymden . Detta bekräftades senare under en solförmörkelse när en stjärnas position mättes innan, under och efter förmörkelsen. Stjärnans position förändrades eftersom ljuset från stjärnan var böjt av solens tyngdkraft. Därför, ett föremål med enorm tyngdkraft (som en galax eller ett svart hål) mellan jorden och ett avlägset föremål kan böja ljuset från det avlägsna objektet till ett fokus, ungefär som en linsburk. Denna effekt kan ses på bilden nedan.
Dessa bilder visar ljusning av MACHO-96-BL5 från markbaserade teleskop (vänster) och rymdteleskopet Hubble (höger). Foto med tillstånd av NASA/Space Telescope Science Institute Kredit:NASA och Dave Bennett (University of Notre Dame) I bilden, ljusningen av MACHO-96-BL5 skedde när a gravitationslins passerade mellan den och jorden. När rymdteleskopet Hubble tittade på objektet, det såg två bilder av objektet nära varandra, vilket indikerade en gravitationell linseffekt. Det mellanliggande föremålet var osynligt. Därför, man drog slutsatsen att ett svart hål hade passerat mellan jorden och föremålet.
När material faller i ett svart hål från en följeslagare, det värms upp till miljoner grader Kelvin och accelereras. De överhettade materialen avger röntgenstrålar, som kan detekteras av röntgenteleskop som det kringgående Chandra röntgenobservatoriet.
Stjärnan Cygnus X-1 är en stark röntgenkälla och anses vara en bra kandidat för ett svart hål. Som bilden ovan, stjärnvindar från följeslagaren, HDE 226868, blåsa material på ackretionsskivan som omger det svarta hålet. När detta material faller ner i det svarta hålet, det avger röntgenstrålar, som i bilden:
Röntgenbild av Cygnus X-1 taget från kretsande Chandra röntgenobservatorium Foto med tillstånd av NASA/CXC Förutom röntgen, svarta hål kan också mata ut material vid höga hastigheter för att bildas strålar . Många galaxer har observerats med sådana jetstrålar. För närvarande, man tror att dessa galaxer har supermassiva svarta hål (miljarder solmassor) vid sina centra som producerar strålarna samt starka radioutsläpp. Ett sådant exempel är galaxen M87 enligt nedan:
Det är viktigt att komma ihåg att svarta hål inte är kosmiska dammsugare - de kommer inte att konsumera allt. Så även om vi inte kan se svarta hål, det finns indirekta bevis på att de finns. De har förknippats med tidsresor och maskhål och förblir fascinerande föremål i universum.
Ursprungligen publicerat:26 nov. 2006
