Der er flere måder at skabe et sort hul fra sammenbrud af en supernovakerne til fusion af neutronstjerner med sammenbrud af en enorm mængde stof. Hvis vi tager den nedre grænse, kan sorte huller have 2,5 - 3 solmasser, men ved den øvre grænse kan supermassive sorte huller overstige 10 milliarder solmasser. De findes normalt i galaksernes centre. Hvor stabile er de? Hvilket sort hul tørrer først op: stort og grådigt eller lille?
Er der en kritisk størrelse for stabiliteten af et sort hul? Et sort hul, der vejer 1012 kg, kan være stabilt i flere milliarder år. Men et sort hul i området 105 kan eksplodere på et sekund og vil bestemt ikke være stabilt. Hvor er den gyldne middelværdi, hvor strømmen af stof svarer til Hawking-stråling?
Stabilitet af sorte huller
Den første ting at starte med er stabiliteten i selve det sorte hul. Ethvert andet objekt i universet, astrofysisk eller på anden måde, har kræfter, der holder det sammen mod universet, der forsøger at rive det fra hinanden. Hydrogenatomet er en stærk struktur; en enkelt ultraviolet foton kan ødelægge den ved ionisering af en elektron. For at ødelægge en atomkerne har du brug for en partikel med højere energi som en kosmisk stråle, en accelereret proton eller en gammastrålefoton.
Men for store strukturer som planeter, stjerner eller endda galakser er tyngdekræfterne, der holder dem enorme. For at bryde en sådan megastruktur er der som regel behov for en termonuklear reaktion eller en utrolig stærk påvirkning af tyngdekraften udefra - for eksempel fra en forbipasserende stjerne, sort hul eller galakse.
I tilfælde af sorte huller er dette imidlertid ikke tilfældet. Massen af det sorte hul, i stedet for at blive fordelt over lydstyrken, trækker sig sammen til en enestående. I et ikke-roterende sort hul er dette et punkt med nul dimension. Et spindende sort hul er ikke meget bedre: en uendelig tynd, endimensionel ring.
Salgsfremmende video:
Derudover er alt massenergiindholdet i et sort hul inden for begivenhedshorisonten. Sorte huller er de eneste objekter i universet, der har en begivenhedshorisont: en grænse, ud over hvilken det er umuligt at vende tilbage. Ingen acceleration og derfor ingen kraft vil være i stand til at trække stof, masse eller energi fra begivenhedshorisonten ud over dets grænser.
Dette kan betyde, at sorte huller, dannet på enhver mulig måde, kun kan vokse og aldrig vil blive ødelagt. Og de vokser ubarmhjertigt og non-stop. Vi observerer alle slags fænomener i universet, såsom:
- kvasarer;
- blazarer;
- aktive galaktiske kerner;
- mikrokvasarer;
- stjerner, der ikke udsender noget lys;
- X-ray og radio bursts fra galaktiske centre;
der fører os til sorte huller. Ved at bestemme deres masser forsøger vi at finde ud af den fysiske størrelse af deres begivenhedshorisonter. Alt, der kolliderer med det, krydser det eller endda rører ved det, vil uundgåeligt falde indad. Og så, takket være energibesparelsen, vil massen af det sorte hul også øges.
Denne proces sker med hvert sort hul, vi kender. Materiale fra andre stjerner, kosmisk støv, interstellar materie, gasskyer, endda stråling og neutrinoer, der er tilbage fra Big Bang, sendes alle derhen. Enhver sag, der kolliderer med et sort hul, øger dens masse. Væksten af sorte huller afhænger af densiteten af stof og energi omkring det sorte hul; monsteret i midten af vores Mælkevej vokser med en hastighed på 1 solmasse hvert 3000 år; det sorte hul i midten af Sombrero-galaksen vokser med en hastighed på 1 solmasse på 20 år.
Jo større og tungere dit sorte hul er, jo hurtigere vokser det afhængigt af det materiale, det støder på. Dens vækstrate sænkes over tid, men da universet kun er omkring 13,8 milliarder år gammelt, vokser sorte huller smukt.
På den anden side vokser sorte huller ikke bare over tid; der er også en proces med deres fordampning: Hawking-stråling. Dette skyldes, at rummet er stærkt buet nær begivenhedshorisonten, men retter sig ud med afstanden. Hvis du er langt væk, kan du se en lille mængde stråling udsendt fra det buede område nær begivenhedshorisonten på grund af det faktum, at kvantevakuumet har forskellige egenskaber i forskellige buede områder af rummet.
Slutresultatet er, at sorte huller udsender termisk stråling fra den sorte krop (for det meste i form af fotoner) i alle retninger omkring dem, i et rumfang, der grundlæggende omslutter omkring ti Schwarzschild-radier ved placeringen af det sorte hul. Og det kan virke underligt, men jo mindre det sorte hul, desto hurtigere fordamper det.
Hawking-stråling er en utrolig langsom proces, hvor et sort hul med massen af vores sol vil fordampe efter 10 år (til kraften 64) år; hullet i midten af vores Mælkevej - om 10 år (til kraften 87) år og det mest massive i universet - om 10 år (til kraften 100 år). For at beregne fordampningstiden for et sort hul med en simpel formel skal du tage tidsrammen for vores sol og gange med (massen af det sorte hul / solens masse).
hvorfra det følger, at et sort hul med jordens masse vil leve i 10 (i kraft af 47) år; et sort hul med massen af den store pyramide i Giza (6 millioner tons) - omkring tusind år; med massen af Empire State Building - omkring en måned; med massen af en almindelig person - en picosekund. Jo mindre masse, desto hurtigere fordamper det sorte hul.
Så vidt vi ved, kunne universet indeholde sorte huller af utænkeligt forskellige størrelser. Hvis det var fyldt med lyse sorte huller - op til en milliard ton - ville de alle være fordampet i dag. Der er ingen beviser for, at der er sorte huller med en masse mellem disse lunger og dem, der er født i fusionen af neutronstjerner - i teorien har en masse på 2,5 sol. Over disse grænser indikerer røntgenundersøgelser eksistensen af sorte huller i 10-20 solmasseområdet; LIGO viste et sort hul mellem 8 og 62 solmasser; Find også supermassive sorte huller overalt i universet.
I dag vinder alle eksisterende sorte huller noget hurtigere, end de mister på grund af Hawking-stråling. Et sort hul med solmasse mister cirka 10 (til -28 kraften) J energi hvert sekund. Men hvis du overvejer det:
- selv en CMB-foton har en million gange mere energi;
- 411 af disse fotoner pr. Kubikcentimeter plads forblev efter Big Bang;
- de bevæger sig med lysets hastighed og kolliderer 10 billioner gange i sekundet i hver kubikcentimeter;
selv et isoleret sort hul dybt i det intergalaktiske rum vil vente, indtil universet er modnet til 10 år (til kraften 20 år) - en milliard gange dets nuværende alder - før det sorte huls vækstrate falder under hastigheden af Hawking-stråling.
Men lad os spille et spil. Antag, at du bor i det intergalaktiske rum, langt fra almindeligt stof og mørkt stof, langt fra alle kosmiske stråler, stjernestråling og neutrinoer, og at du kun har fotoner fra Big Bang at chatte med. Hvor stort skal dit sorte hul være for at fordampningshastigheden (Hawking-stråling) og absorptionen af fotoner fra dit sorte hul (vækst) kan balancere hinanden?
Svaret fås i området 10 kg (kraft 23), dvs. omtrent med massen af planeten Merkur. Hvis kviksølv var et sort hul, ville det have en halv millimeter i diameter og udstråle omkring 100 billioner gange hurtigere end et sort hul med solmasse. Det er med denne masse i vores univers, at et sort hul ville absorbere så meget mikrobølgestråling som det tabte i processen med Hawking-stråling.
Men hvis du vil have et realistisk sort hul, kan du ikke isolere det fra det resterende stof i universet. Sorte huller, selv når de skubbes ud af galakser, flyver stadig gennem det intergalaktiske medium og kolliderer med kosmiske stråler, stjernelys, neutrinoer, mørkt stof og alle slags partikler, massive og masseløse. Den kosmiske mikrobølgebaggrund er uundgåelig, uanset hvor du går. Sorte huller forbruger konstant stof og energi og vokser i masse og størrelse. Ja, de udsender også energi, men for alle sorte huller i vores univers begynder at tømme hurtigere, end de vokser, vil det tage cirka 100 quintillion år.
Og den endelige fordampning vil tage endnu mere.
Ilya Khel