Svart hål

Vad är en svart hål:

Ett svart hål är ett rymdfenomen med mycket stora proportioner (vanligtvis större än solen) och extremt kompakt massa, vilket resulterar i ett gravitationsfält så starkt att ingen partikel eller strålning kan komma ut.

Med tanke på att jämnt ljus sugs, är svarta hål osynliga och deras existens framgår endast av de gravitationskonsekvenser som kan observeras i sin omgivning, speciellt genom omloppsförändringar av nära himmelska kroppar, som nu lockas till det svarta hålet.

I teorin kan bara något som rör sig med en hastighet som är större än ljusets hastighet kunna motstå ett svarthåls gravitationsfält. Av detta skäl är det inte möjligt att säkert veta vad som händer med saken som sugs.

Hur stor är ett svart hål?

Svarta hål finns i olika storlekar. Mindreåriga kända för vetenskap kallas primordiala svarta hål och antas vara storleken på en atom, men med den totala massan av ett berg.

Mediuma svarta hål (vars massa är upp till 20 gånger solens totala massa) kallas stellar . I den här kategorin har det minsta svarta hålet som upptäcks 3, 8 gånger solmassan.

De största svarta hålen som katalogiseras kallas supermassiva, som ofta finns i centrum av galaxerna. Som ett exempel, i mitten av Vintergatan är Skytten A, ett svart hål med en massa som motsvarar 4 miljoner gånger solens massa.

Hittills är det största kända svarta hålet kallat S50014 + 81, vars massa motsvarar fyrtio miljarder gånger solens massa.

Hur bildar svarta hål?

Svarta hål bildas från gravitationskollaps av himmelska kroppar. Dessa fenomen uppstår när kroppens inre tryck (vanligtvis stjärnor) är otillräckligt för att bibehålla sin egen massa. Så när stjärnans kärna kollapser på grund av gravitationen, exploderar den himmelska kroppen att man släpper ut stora mängder energi till en händelse som kallas en supernova .

Visuell representation av en supernova.

Under supernova, i en bråkdel av en sekund, komprimeras hela massan av stjärnan i sin kärna medan den rör sig vid ungefär 1/4 av ljusets hastighet (inklusive vid denna tidpunkt skapas de tungaste elementen i universum).

Då kommer explosionen att ge upphov till en neutronstjärna eller, om stjärnan är tillräckligt stor, blir resultatet ett svart hål, vars astronomiska mängd koncentrerad massa skapar det ovan nämnda gravitationsfältet. I den måste flyghastigheten (hastighet som är nödvändig för att någon partikel eller strålning ska motstå attraktionen) vara åtminstone större än ljusets hastighet.

Typer av svarta hål

Tyska teoretiska fysiker Albert Einstein formulerade en uppsättning hypoteser relaterade till gravitation som tjänade som grund för framväxten av modern fysik. Denna uppsättning ideer kallades teorin om generell relativitet, där forskaren gjorde flera innovativa observationer om gravitationen av svarta hål.

För Einstein är svarta hål "deformationer i rymdtid som orsakas av den massiva mängden koncentrerad materia". Hans teorier främjade en snabb utveckling av området och möjliggjorde klassificering av olika typer av svarta hål:

Schwarzschild svart hål

De svarta hålen i Schwarzschild är de som inte har elektrisk laddning och har inte vinkelimpulser, det vill säga rotera inte runt sin axel.

Kerr Black Hole

Kerrs svarta hål har ingen elektrisk laddning men de roterar runt sin axel.

Reissner-Nordstrom Black Hole

Reissner-Nordstroms svarta hål har elektrisk laddning men roterar inte runt sin axel.

Kerr-Newman Black Hole

Kerr-Newmans svarta hål är elektriskt laddade och roterar runt sin axel.

I teorin blir alla typer av svarta hål slutligen Schwarzschilds svarta hål (statisk och ingen elektrisk laddning) när de förlorar tillräckligt med energi och slutar rotera. Detta fenomen är känt som Penroseprocessen . I dessa fall är det enda sättet att skilja ett svart hål från Schwarzschild från en annan genom att mäta sin massa.

Struktur av ett svart hål

Svarta hål är osynliga eftersom deras gravitationsfält är oundvikligt även för ljus. Således har ett svart hål utseendet på en mörk yta, från vilken inget reflekteras och det finns inget bevis på vad som händer med de element som sugs in i den. Men från observationen av de effekter de orsakar i sin omgivning strukturerar vetenskapen de svarta hålen i händelsehorisont, singularitet och ergosfär .

Händelsehorisonten

Gränsen för gravitationsfältet i det svarta hålet från vilket inget observeras kallas händelsehorisonten eller punkten utan återvändo .

Grafisk representation av en händelseshorisont, tillgänglig av NASA, där en perfekt sfär observeras från där inget ljus sänds ut.

Även om det faktiskt bara är gravitationella följder, anses händelsehorisonten vara en del av strukturen hos ett svart hål eftersom det är början på fenomenets observerbara område.

Det är känt att dess form är perfekt sfärisk i statiska svarta hål och snedställda i roterande svarta hål.

På grund av gravitationsutvidgningen av tiden orsakar inverkan av svart hålmassa på rymdtid händelsehorisonten, även utanför dess intervall, att få följande effekter:

• Till en avlägsen observatör skulle en klocka nära händelsehorisonten röra sig långsammare än en annan längre bort. Sålunda verkar något föremål som sugs in i det svarta hålet sakta ner tills det verkar förlamat i tid.
• För en avlägsen observatör skulle objektet som närmar sig händelsehorisonten anta en rödaktig nyans, en följd av det fysiska fenomenet som kallas redshift, eftersom ljusfrekvensen reduceras av det svarta hålets gravitationsfält.
• Ur objektets synvinkel skulle tiden gå över i hastighet för hela universum, medan tiden för sig själv skulle gå över normalt.

singularitet

Den centrala punkten i ett svart hål, där stjärnans massa har blivit oändligt koncentrerad kallas singularitet, varav lite är känt om det. I teorin innehåller singulariteten den totala massan av stjärnan som kollapsade, tillsatt massan av alla kroppar sugna av gravitationsfältet men har ingen volym eller yta.

ergosphere

Erosfären är ett område som kringgår händelseshorisonten i de roterande svarta hålen, där det är omöjligt för en himmelleg kropp att stå stillastående.

Men enligt Einstins relativitet tenderar varje roterande objekt att dra rymdtid nära den. I ett roterande svart hål är denna effekt så stark att det skulle vara nödvändigt för en himmelleg kropp att röra sig i motsatt riktning med en hastighet större än ljusets ljus för att förbli stationär.

Det är viktigt att inte förvirra ergosfärens effekter med effekterna av händelsehorisonten. Erosfären lockar inte objekt med gravitationsfältet. Således kommer allt som kommer i kontakt med det bara att förskjutas i rymdtid och kommer bara att lockas om det skär av händelsehorisonten.

Stephen Hawking Theories on Black Holes

Stephen Hawking var en av de mest inflytelserika fysikerna och kosmologerna från 20 och 21 århundraden. Bland hans många bidrag löste Hawking flera ståndpunkter som Einstein föreslagit som bidrog till teorin om att universum började i en singularitet och förstärkte den så kallade teorin om Big Bang .

Hawking trodde också att svarta hål inte är helt svarta, men avger små mängder termisk strålning. Denna effekt var känd inom fysiken som Hawking Radiation . Denna teori förutsäger att de svarta hålen skulle förlora massa med den frigjorda strålningen och i en extremt långsam process skulle minska tills de försvann.