Must auk

Mis on must auk:

Must auk on väga suurte osadega ruumiline nähtus (tavaliselt suurem kui päike) ja äärmiselt kompaktne mass, mille tulemusena on gravitatsiooniväli nii tugev, et osakestest või kiirgusest ei pääse.

Arvestades, et isegi valgust imetakse, on mustad augud nähtamatud ja nende olemasolu tõestavad ainult selle ümbruses täheldatavad gravitatsioonilised tagajärjed, eriti nende lähedaste taevakehade orbiidide muutuste tõttu, mis on nüüd meelitanud musta auku.

Teoreetiliselt oleks ainult see, mis liigub kiirusel, mis ületab valguse kiirust, taluma musta auk gravitatsioonivälja. Sel põhjusel ei ole võimalik kindlalt teada saada, mis juhtub sellega, mis on imetud.

Kui suur on must auk?

Mustad augud on erinevates suurustes. Teaduslikult tuntud alaealisi nimetatakse ülimuslikeks mustadeks aukudeks ja arvatakse, et need on aatomi suurused, kuid mägi kogumassiga.

Musta mustad augud (mille mass on kuni 20 korda päikese kogumassist) nimetatakse tähtedeks . Selles kategoorias on avastatud väikseim must auk 3, 8 korda päikese massist.

Suurimaid kataloogitud musti auke nimetatakse supermassivaks, mida sageli leidub galaktikate keskel. Näiteks on Linnutee keskel Ambur A, must auk, mille mass võrdub 4 miljoni korda päikese massiga.

Seni on suurim tuntud must auk nimega S50014 + 81, mille mass võrdub nelikümmend miljardit korda päikese massist.

Kuidas mustad augud moodustuvad?

Mustad augud moodustuvad taevakehade gravitatsioonilistest kokkuvarisemistest. Need nähtused tekivad siis, kui keha sisemine rõhk (tavaliselt tähed) ei ole oma massi säilitamiseks piisav. Niisiis, kui tähe tuum kokkuvariseb gravitatsiooni tõttu, plahvatab taevakeha suure hulga energiat supernoova nime all .

Supernova visuaalne esitus.

Supernova ajal, sekundi murdosa, surutakse kogu tähe mass oma tuumaks, liikudes samal ajal umbes 1/4 valguse kiirusest (kaasa arvatud sel hetkel, luuakse universumi raskemad elemendid).

Seejärel tekib plahvatus neutronitähele või kui tärn on piisavalt suur, on tulemuseks must auk, mille astronoomiline kogus kontsentreeritud massist loob eespool nimetatud gravitatsiooniväli. Selles peab põgenemiskiirus (kiirus, mis on vajalik mõne osakese või kiirguse vastu tõmbekindluse vastu) olema vähemalt suurem kui valguse kiirus.

Mustade aukude tüübid

Saksa teoreetiline füüsik Albert Einstein koostas hüpoteeside kogumi, mis on seotud gravitatsiooniga ja mis on aluseks kaasaegse füüsika tekkele. Seda ideede kogumit nimetati üldsuhtelisuse teooriaks, milles teadlane tegi mitmeid uuenduslikke tähelepanekuid mustade aukude gravitatsiooniefektide kohta.

Einsteini jaoks on mustad augud "ruumilise aja deformatsioonid, mis on tingitud kontsentreeritud materjali hulgast." Tema teooriad edendasid piirkonna kiiret arengut ja võimaldasid liigitada eri tüüpi mustad augud:

Schwarzschildi must auk

Schwarzschildi mustad augud on need, millel ei ole elektrilist laengut ja millel ei ole ka nurkimpulsi, st ei pöörle ümber oma telje.

Kerr Black Hole

Kerri mustadel aukudel ei ole elektrilist laengut, kuid nad pöörlevad ümber oma telje.

Reissner-Nordstromi must auk

Reissner-Nordstromi mustadel aukudel on elektrilaeng, kuid need ei pöörle ümber oma telje.

Kerr-Newmani must auk

Kerr-Newmani mustad augud on elektriliselt laetud ja pöörlevad ümber oma telje.

Teoreetiliselt muutuvad kõik mustad augud Schwarzschildi mustadeks aukudeks (staatilised ja elektrilised laengud), kui nad kaotavad piisavalt energiat ja peatuvad. See nähtus on tuntud kui Penrose protsess . Nendel juhtudel on ainus viis Schwarzschildist teise musta auku eristamiseks selle massi mõõtmisega.

Musta auk ülesehitus

Mustad augud on nähtamatud, kuna nende gravitatsiooniväli on vältimatu isegi valguse jaoks. Seega on musta auguga pimedas pinnas, millest midagi ei peegeldu ja ei ole tõendeid selle kohta, mis juhtub sellega imetud elementidega. Kuid nende keskkonnamõjude jälgimisest tulenevalt struktureerib teadus mustad augud sündmuste horisondis, ainsuses ja ergosfääris .

Sündmuste horisond

Mustade aukude gravitatsiooniväli piiri, millest midagi ei täheldata, nimetatakse sündmuste horisondiks või tagasipöördumata punktiks .

NASA poolt kättesaadavaks tehtud sündmuste horisondi graafiline esitus, kus vaadeldakse täiuslikku sfääri, kust valgust ei eraldata.

Kuigi tegelikult on tegemist ainult gravitatsiooniliste tagajärgedega, peetakse sündmuste horisondi osa mustast august, sest see on nähtuse jälgitava ala algus.

On teada, et selle kuju on täiesti sfääriline staatilistes mustades aukudes ja kaldus pöörlevate mustade aukudega.

Aja gravitatsioonilise laienemise tõttu põhjustab musta auku massi mõju ruumi-ajale, isegi kui see on väljaspool selle ulatust, järgmised tagajärjed:

• Kaugele vaatlejale liiguks sündmuste horisondi lähedal olev kella aeglasemalt kui teine ​​kaugemal. Seega tundub, et mis tahes mustasse auku imetav objekt aeglustub, kuni tundub õigeaegselt halvatud.
• Kaugse vaatleja jaoks eeldaks sündmuskohale lähenev objekt punakas värvi, mis on punase nihke all tuntud füüsilise nähtuse tagajärg, kuna valguse sagedust vähendab mustava auk gravitatsiooniväli.
• Objekti seisukohast kulub aeg kogu universumi jaoks kiirendatud kiirusel, samas kui aeg ise kuluks normaalselt.

Ainulaadsus

Musta auk keskpunkti, kus tähe mass on muutunud lõputult kontsentreeritud, nimetatakse singulaarsuseks, millest sellest vähe on teada. Teoreetiliselt sisaldab singulaarsus kokkuvarisenud tähe kogumassit, mis on lisatud kõigi gravitatsioonivälja poolt imetud kehade massile, kuid millel puudub ruumala või pind.

Ergosfäär

Ergosfäär on ala, mis mööda pöörlevatest mustadest aukudest väldib sündmuste horisondi, kus taevakeha on võimatu seista.

Kuid Einsteini suhtelisuse järgi kaldub ükski pöörlev objekt lükkama selle lähedale ruumi. Pöörlevas mustas augus on see efekt nii tugev, et taevakeha peaks liikuma vastupidises suunas kiirusega, mis on suurem kui valgus, et jääda paigale.

Oluline on mitte segi ajada ergosfääri mõju sündmuste horisondi mõjuga. Ergosfäär ei tõmba gravitatsiooniväljaga objekte . Seega, mis tahes, mis sellega kokku puutub, paigutatakse ümber ainult ruumi ajal ja seda saab meelitada ainult siis, kui see lõikab sündmuste horisondi.

Stephen Hawkingi teooriad mustade aukude kohta

Stephen Hawking oli üks 20. ja 21. sajandi mõjukamaid füüsikuid ja kosmolooge. Oma arvukate panuste hulgas lahendas Hawking mitmeid Einsteini pakutud teoreeme, mis aitasid kaasa teooriale, et universum algas ainsuses, tugevdades veelgi niinimetatud teooriat Big Bang .

Hawking uskus ka, et mustad augud ei ole täiesti mustad, vaid eraldavad väikeses koguses soojuskiirgust. See efekt oli füüsikas tuntud kui Hawking Radiation . See teooria ennustab, et mustad augud kaotavad vabanenud kiirguse massiga ja äärmiselt aeglases protsessis väheneksid, kuni nad kaovad.