Astronomija

Ar juoda skylė yra puiki sfera?

Ar juoda skylė yra puiki sfera?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Aš viską žinau, kaip susidaro juodosios skylės ir kodėl jų gravitacija tokia stipri. Tačiau ar gravitacija vienodai galinga visomis kryptimis? Ar įvykio horizontas pasirodys kaip puikus sfera?


Jūs negalite pamatyti įvykio horizonto. Tai buvo pasakyta:

Nesisukanti juodoji skylė be išorinių įtakų turi tobulą sferinę simetriją. Visos jo savybės yra visiškai vienodos bet kuria kryptimi, laikotarpiu. Tai yra Schwarzschild metrika.

https://en.wikipedia.org/wiki/Schwarzschild_metric

Net jei jis yra elektra įkrautas, jei jis nesisuka ir be išorinių įtakų, jis vis tiek yra visiškai simetriškas sferoje - tai yra Reissnerio-Nordströmo metrika.

https://en.wikipedia.org/wiki/Reissner%E2%80%93Nordstr%C3%B6m_metric

Kai tik ji pradeda suktis, juodoji skylė nebeturi tobulos sferinės simetrijos. Jis įgyja ergosferą, kuri yra lyg suplotas rutulys. Tai yra Kerro metrika.

https://en.wikipedia.org/wiki/Kerr_metric

Reikšmingi išoriniai veiksniai gali iškreipti įvykių horizonto formą. Dvi susijungiančios juodosios skylės patirs sferinę simetriją laikinai:

https://www.youtube.com/watch?v=JOQMvyLYmd4

Techniškai viskas, kas yra netoli BH, šiek tiek iškraipytų erdvėlaikio metriką, tačiau praktiškai tai nebūtų lengva išmatuoti, nebent išorinis veiksnys būtų labai didelis (kitas labai masyvus objektas). Taigi praktiškiausiems tikslams bus taikoma aukščiau aprašyta metrika.


Kaip suprantu, bendrasis reliatyvumas sako, kad visur visatoje yra gravitacija, ir ši gravitacija sukuria kritimą erdvėje, taip sakant, dažnai vaizduojama 2D kaip svoris ant guminio lakšto, kaip paveikslėlyje žemiau.

Šaltinis,

Taigi, juodoji skylė gali sukurti visiškai sferinį įvykių horizontą, tačiau ji sukuria ją ant ne visiškai plokščio 3 dimensijų paviršiaus, ir aš manau, kad dėl kitų objektų traukos ji nėra visai tobula sfera. Pavyzdžiui, žvaigždė ar planeta, skriejanti aplink juodąją skylę, suktųsi aplink įvykio horizontą.

Tiksliai, kokia būtų to bangavimo forma ... nesu tikras. Tai pasakė, jei jūs turėtumėte juodąją skylę kaip vienintelį objektą visatoje, manau, kad įvykių horizontas gali būti tobula sfera arba kuo tobulesnė, atsižvelgiant į kvantinius svyravimus, vanaginę spinduliuotę ir neįmanoma tiksliai stebėti ir visa kita Geras dalykas.

Ne juodosioms skylėms būdingas vienkartinis / nenuoseklus sunkumas - žiūrėkite čia. Netgi neutroninės žvaigždės turi tam tikrą nenuoseklumą, tačiau tikriausiai to išvengia juodosios skylės, nes materija sutirštėja iki taško, todėl iš visų pusių yra vienodas gravitacinis traukimas.

Dabar Kerro juodoji skylė - visai kitas klausimas. Aš nesu pakankamai protingas, kad bandyčiau atsakyti į tą. Tai gali būti visai ne sfera.


Schwarzschildo metriką pagal apibrėžimą galima parašyti sferiškai simetriška forma, Kerro metrika nėra sferiškai simetriška, tačiau Boyer-Lindquist koordinatėse įvykių horizontas turi pastovią radialinę koordinatą.

Daugumai žmonių tai bus pakankamai gera, norint pasakyti, kad Kerro juodųjų skylių (įskaitant Schwarzschild juodąsias skyles) įvykių horizontas yra tobulos sferos. Fizinė juodoji skylė turi beveik neutralų krūvį, tačiau bendresnis įkrautos Kerr-Newman juodosios skylės atvejis vis tiek turi visiškai sferinį įvykių horizontą.

Žinoma, jokia fizinė padėtis iš tikrųjų neturi tikslios Kerro juodųjų skylių simetrijos. Tačiau išorinė Kerro metrika yra stabili, o tai reiškia, kad įvykių horizontas išlaiko beveik tobulą sferinę formą, išskyrus kraštutines situacijas, pavyzdžiui, kai susijungia dvi juodosios skylės.


Kadangi nesisukančios juodosios skylės gravitacinė trauka tuštumoje yra vienoda iš visų pusių (dėl to, kad ji yra taškas), teoriškai įvykių horizontas turėtų būti tobulas rutulys. Dėl juodosios skylės pobūdžio, neleidžiančios pabėgti šviesai, jums reikės fono, kad ji būtų matoma. Be to, realaus pasaulio fizikoje juoda skylė turėtų sąveikauti su šviesa, kad būtų „matoma“, kuri „pataisyk mane, jei klystu“ turi savo labai mažą gravitacinę trauką, ji šiek tiek sulenktų sferą, stebėtojas duos tas pats poveikis.

Jei jo sukimas (kaip buvo pažymėta anksčiau) aplink įvykio horizontą suformuotų ergosferą, jungiančią ją ties ašimis, esančiomis toliausiai virš pusiaujo, ir taip suformuotų ovalesnę formą.

Be to, jūs žinote, ką užsisakyti?


Siūlai: Ar juodosios skylės įvykių horizontas yra puiki sfera?

Neturiu galimybių suvokti matematikos, todėl pats to negaliu suprasti.


Keli minties eksperimentai

A) Negyvoji juodoji skylė .. tūkstantmečiams neturėjo jokio reikalo, vadinasi, visas dalykas turėtų (arba neturėtų priklausyti nuo to, kaip žiūrite į teoriją ir atskaitos pagrindus) apsiriboti vienkartiniu viduryje . Kadangi singuliarume nebūtų granualumo, argi įvykio horizontas nebūtų tobula sfera aplink jį?

B) Nepaprastai greitas besisukantis singuliarumas (tikiu, kad galite gauti juodąją skylę, kuri sukasi taip greitai, kad singuliarumas iš tikrųjų yra žiedas .. negaliu prisiminti minėto žiedo pavadinimo ar žinoti, ar jis jį netgi turi). Ar toks monstras (manydamas, kad tai būtų nuogas singuliarumas) turėtų įvykio horizontą kaip tobulą sferą?

CD) tas pats, kas AB, bet juodosios skylės sunaudojo tam tikrą masę per pastaruosius tūkstantį metų

EF) tas pats, kas AB su juodąja skylė, kuri dabar sunaudoja masę.


Tik tuščia mintis .. Ar kas nors žino? ar kas gali žinoti?

Aš galvoju, kad C ir E įvykių horizonte gali atsirasti nelygumų dėl pripūstos medžiagos (mažų gabalėlių iškilimų, bet vis dėlto nėra).

Ir galbūt B iškreiptų erdvę aplink jį taip, kad gravitacinė trauka dėl to būtų kitokia (palaukite, ar tai ne visa idėja, kaip galima suformuoti nuogą singuliarumą).

iš tikrųjų tai kelia dar vieną klausimą .. jei nuogi singularitai yra tikri, tai reikštų, kad rėminimas turi įtakos gravitacijai, ar tai nereiškia, kad pakankamai didelė juodoji skylė neišvengs gravitacijos? ar nuogas singuliarumas juda tik & kvotoje, kad gautumėte pakankamai greitį, kad pabėgtumėte nuo juodosios skylės traukos traukos & quot

Oho, šis įrašas atrodo kaip šūdas, atsiprašau dėl to.

Pažadu, kad tuo nesiruošiu bankomatu .. tai iš esmės visi mano klausimai, jokios dienotvarkės ar nieko kito (nors vėliau gali iškilti dar vienas juodosios skylės klausimas).


Ar juoda skylė yra puiki sfera? - Astronomija

Juodoji skylė yra erdvės sritis, kurioje sunkio jėga yra tokia stipri, kad niekas, net ir šviesa, negali ištrūkti.

Tokių objektų egzistavimas pirmą kartą buvo pasiūlytas dar 1700-ųjų pabaigoje. Tačiau tai buvo vokiečių astronomas Karlas Schwarzschildas (1873–1916), kuris iš esmės sukūrė šiuolaikinę juodosios skylės idėją. Naudodamasis Einšteino & # 8217s bendro reliatyvumo teorija, Schwarzschildas atrado, kad iki taško suspaustą materiją (dabar vadinamą singuliarumu) uždarys sferinis erdvės regionas, iš kurio niekas negalėtų pabėgti. Šio regiono riba vadinama įvykių horizontu, vardu, kuris reiškia, kad neįmanoma stebėti jokio jo viduje vykstančio įvykio (nes informacija negali išeiti).

Nesukančiai juodajai skylei įvykio horizonto spindulys yra žinomas kaip Schwarzschildo spindulys ir žymi tašką, kuriame bėgimo iš juodosios skylės greitis yra lygus šviesos greičiui. Teoriškai bet kokia masė gali būti pakankamai suspausta, kad susidarytų juodoji skylė. Vienintelis reikalavimas yra tas, kad jo fizinis dydis būtų mažesnis nei Schwarzschildo spindulys. Pavyzdžiui, mūsų Saulė taptų juodąja skylute, jei jos masė būtų maždaug 2,5 km skersmens rutulyje.

Gerai įvykio horizonte slypi juodosios skylės širdis ir # 8211 singuliarumas. Viskas įvykio horizonte yra negrįžtamai pritraukta link šio taško, kur erdvėlaikio kreivumas tampa begalinis, o gravitacija yra be galo stipri. Įdomi dilema astrofizikams yra ta, kad fizinės sąlygos, esančios šalia singuliarumo, visiškai sugadina fizikos dėsnius. Vis dėlto bendrosios reliatyvumo teorijoje nėra nieko, kas sustabdytų izoliuotus arba egzistuojančius singuliarumus. Siekiant išvengti situacijos, kai iš tikrųjų galėtume pamatyti šį fizikos suskirstymą, buvo pasiūlyta kosminės cenzūros spėjimas. Tai teigia, kad kiekvienas singuliarumas turi turėti įvykių horizontą, kuris slepia jį nuo vaizdo & # 8211 būtent tai, ką randame juodosioms skylėms.

Juodosioms skylėms visiškai būdingi tik trys parametrai: masė, sukimasis ir krūvis. Manoma, kad yra 4 pagrindiniai juodųjų skylių tipai, jei jie klasifikuojami pagal masę:

  1. Pirmapradės juodos skylės kurių masė yra panaši arba mažesnė už Žemės masę. Šie grynai hipotetiniai objektai galėjo būti suformuoti gravitaciškai žlugus didelio tankio regionams Didžiojo sprogimo metu.
  2. Žvaigždžių mišių juodosios skylės turi maždaug 4–100 saulės masių ir atsiranda dėl masyvios žvaigždės šerdies griūties jos gyvenimo pabaigoje.
  3. Tarpinės mišios juodosios skylės iš 10 2 ir 10 5 saulės masių taip pat gali egzistuoti. Pirmasis geras IMBH yra rentgeno šaltinis HLX -1, matomas projekcijoje šalia S0 galaktikos ESO 243-49 centro.
  4. Supermasyvios juodos skylės sveria nuo 10 5 iki 10 10 saulės masių ir yra daugumos didelių galaktikų centruose.

Arba juodąsias skyles galima klasifikuoti pagal kitas dvi jų sukimosi ir krūvio savybes:

  1. Schwarzschild juoda skylė, kitaip vadinama & # 8216statine juodąja skylute & # 8217, nesisuka ir neturi elektros krūvio. Jam būdinga tik masė.
  2. Kerr juoda skylė yra realesnis scenarijus. Tai besisukanti juoda skylė be elektros krūvio.
  3. Įkrauta juoda skylė gali būti dviejų tipų. Įkrauta, nesisukanti juoda skylė yra žinoma kaip „Reissner-Nordstrom“ juodoji skylė, o įkrauta, sukama juoda skylė vadinama „Kerr-Newman“ juodąja skylute.

Pagal klasikinę bendrojo reliatyvumo teoriją, sukūrus juodąją skylę, ji tęsis amžinai, nes niekas negali jos išvengti. Tačiau jei atsižvelgiama ir į kvantinę mechaniką, paaiškėja, kad visos juodosios skylės ilgainiui išgaruos, kai lėtai pratekės Hawkingo spinduliuotė. Tai reiškia, kad juodosios skylės gyvavimo laikas priklauso nuo jos masės, mažesnės juodosios skylės išgaruoja greičiau nei didesnės. Pavyzdžiui, 1 saulės masės juodoji skylė išgaruoja 10 67 metus (daug ilgiau nei dabartinis Visatos amžius), o tik 10 11 kg juodoji skylė išgaruos per 3 milijardus metų.

3 milijonai saulės masių) mūsų galaktikos centre.
Kreditas: ESO

Stebėjimo įrodymų apie juodąsias skyles, žinoma, nėra paprasta gauti. Kadangi radiacija negali išvengti juodosios skylės gravitacijos, mes negalime jų tiesiogiai aptikti. Vietoj to mes darome išvadą apie jų egzistavimą stebėdami didelės energijos reiškinius, tokius kaip rentgeno spinduliuotė ir purkštukai, ir aplink paslėptą masę skriejančių netoliese esančių objektų judesius. Papildoma komplikacija yra tai, kad panašūs reiškiniai pastebimi aplink mažiau masyvias neutronų žvaigždes ir pulsarus. Todėl norint identifikuoti juodąją skylę, astronomai turi įvertinti objekto masę ir dydį. Juodoji skylė patvirtinama, jei joks kitas objektas ar objektų grupė negalėtų būti tokia masyvi ir kompaktiška.

Studijuokite internetinę astronomiją Swinburne universitete
Visa medžiaga yra © Swinburne technologijos universitetas, išskyrus tuos atvejus, kai nurodyta.


Kaip juodosios skylės šešėlis atrodytų kaip puiki sfera, blobas ar kažkas kita?

Nesisukanti juoda skylė, kurioje nėra nieko aplinkui, atrodo kaip juodas diskas, aplink kurį diską iškrinta šiek tiek šviesos. Besisukančioms juodosioms skylėms (praktiškai visos jos sukasi) viskas tampa sudėtingiau, čia yra modeliavimas. Jei šalia juodosios skylės yra medžiagos, viskas tampa dar sudėtingiau.

O teorinis vieno šešėlis?

Vieną jie nufotografavo šių metų balandį. Jis yra šiek tiek neryškus, tačiau taip jie atrodo iš tikrųjų:

Jie dažniausiai atrodo kaip juodas apskritimas. Aplink užpakalinę skylę yra keletas keistų gravitacinių lęšių efektų, todėl ta šviesa iškraipoma ir lenkiasi aplink įvykio horizontą, o tai gali sukelti keistų efektų (ypač jei judate juodosios skylės atžvilgiu). Be to, jei į užpakalinę skylę į ją patenka daiktų, vadinamų akrecijos disku (ne visi), ji gali ryškiai ryškėti aplink įvykio horizontą ir iššauti purkštukus iš polių, nors daug to bus nematomoje vietoje. spektrą. Akrecijos diske karšta plazma gali važiuoti didele šviesos greičio dalimi, todėl gali pasireikšti visoks reliatyvistinis poveikis (pvz., Raudonos ir mėlynos).


Platoniškos formos ir geriausias Visatos teleskopas

Galima teigti, kad tobuliausia visatoje rutulys yra neutroninė žvaigždė arba juodosios skylės išskirtinumas. Pulsaras yra bene tiksliausias laikrodis. Ir galiausiai galingiausias ir tobuliausias optinis objektyvas visatoje yra juodoji skylė.

# 2 B 26354

Na. Aš nesu astrofizikas. bet man atrodo, kad ypač aukštai besisukantis iš esmės skystas objektas tikrai nebus sferinis.

# 3 areyoukiddingme

Kodėl „ginčytis“. Turėtų būti aiškūs duomenys apie pulsarų reguliarumą. Spėsiu, kad tai nėra taip gerai, kaip kvantinis mechaninis laikrodis. Matyt, kas 5B metai pasiekia +/- 1. Gana padorus.

# 4 rxeddie2003

Girdėjau, ar diskutuojama, ar orzo neutronų žvaigždės dažniausiai yra kietos, ar skystos, tačiau maniau, kad ypatingas sunkumas ją suformuos iki labai rutuliškos formos. Ar yra astronomų ar fizikų, galinčių skambėti?

# 5 DaveC2042

Nenuvertinkite ekstremalaus kampinio momento, kurį turės gravitacijos požiūriu sugriuvęs objektas, kad veiktų prieš didžiausią sunkumą.

Yra neutronų žvaigždžių, besisukančių tūkstantį kartų per sekundę.

Manau, kad tai greičiausiai bus jų ir juodųjų skylių norma, vien dėl to, kad nulinis priešžvaigždinio ūko kampinis impulsas nyksta mažai tikėtinas, o gravitacinis žlugimas jį visada labai sustiprins.

Taigi įtariu, kad oblatness yra gana universalus ir nė vienas iš šių dalykų nėra tobulas ar net artimas sferas.

Žinoma, aš iš tikrųjų nesu ekspertas. Kas nors žino daugiau?

# 6 llanitedave

Nenuvertinkite ekstremalaus kampinio momento, kurį turės gravitacijos požiūriu sugriuvęs objektas, kad veiktų prieš didžiausią sunkumą.

Yra neutronų žvaigždžių, besisukančių tūkstantį kartų per sekundę.

Manau, kad tai greičiausiai bus jų ir juodųjų skylių norma, vien dėl to, kad nulinis priešžvaigždinio ūko kampinis impulsas nyksta mažai tikėtinas, o gravitacinis žlugimas jį visada labai sustiprins.

Taigi įtariu, kad oblatness yra gana universalus ir nė vienas iš šių dalykų nėra tobulas ar net artimas sferas.

Žinoma, aš iš tikrųjų nesu ekspertas. Kas nors žino daugiau?

Tinkamomis sąlygomis magnetinės ar potvynio jėgos gali sulėtinti sukimąsi žemyn. Ar jis gali tai padaryti pakankamai efektyviai, kad objektas būtų sferinis visatos gyvenime, negalėčiau pasakyti.

# 7 rxeddie2003

Mano atsitiktinė mintis apie tai buvo ta, kad ekstremaliomis sąlygomis, pavyzdžiui, juodųjų skylių ir neutroninių žvaigždžių gravitacinės traukos, taip pat LHC susidūrimas, atrodo, kad materialūs objektai kartais tampa idealizuoti, platoniški ir galiausiai matematiniai objektai. Kol kas visi naujausi lūžiai, tokie kaip EHT juodo skylės nuotrauka, gravitacinių bangų iš LIGO aptikimas ar Higgso dalelės atradimas iš LHC, tik patvirtina tiksliai tai, ką matematiniai modeliai numatė. Nustebino tai, kad nebuvo staigmenų.

# 8 Rašalo jungiklis

Dėl platoniškų kietųjų medžiagų: skaičiau daugybę knygų apie tai, kaip žinome tai, ką žinome apie Visatą. Jei mintyse juos distiliuoju ir žvelgiu iš aukšto lygio, tai išeina taip: Tą dieną būrys vaikinų nagrinėjo visatą. Šie vaikinai buvo vadinami geometrais, nes jie tikėjo Platono kietųjų medžiagų ir apskritai geometrijos tobulumu. Jie sugalvojo sukaustytas schemas, paaiškinančias žvaigždžių ir septynių dangaus kūnų, kurie nesilaikė įprastų taisyklių, judėjimą. Šios schemos buvo pagrįstos sferomis ir geometrija bei kažkodėl kristalais. Jūs tikriausiai žinote vidurinę istorijos dalį - Koperniką, Keplerį, Niutoną. Tada mes supratome, kad geometrija daugiau ar mažiau buvo pro langą, o naujoji jėga, vadinama gravitacija, laikėsi. Niutonas nepaaiškino visko, o, Merkurijus? Taigi, kartu eina Einšteinas (ir pirmtakai), ir jis sako: „Geros naujienos žmonės, geometrija vėl madinga“. Taigi tam tikra prasme Platonas visą laiką buvo teisus.

Todėl, nors jūs negalėsite sukurti tobulo laikrodžio ar tobulo teleskopo, naudodami neutroninę žvaigždę, toliau mąstykite pagal šias linijas. Galite būti tikri, kad Platonas ilsisi lengvai, nes pasirodė bendras reliatyvumas.

# 9 goodricke1

Nenuvertinkite ekstremalaus kampinio momento, kurį turės gravitacijos požiūriu sugriuvęs objektas, kad veiktų prieš didžiausią sunkumą.

Yra neutronų žvaigždžių, besisukančių tūkstantį kartų per sekundę.

Manau, kad tai greičiausiai bus jų ir juodųjų skylių norma, vien dėl to, kad nulinis priešžvaigždinio ūko kampinis impulsas yra nykstantis, ir gravitacinis žlugimas jį visada labai sustiprins.

Taigi įtariu, kad oblatness yra gana universalus ir nė vienas iš šių dalykų nėra tobulas ar net artimas sferas.


Kerro metrika yra apibendrinimas besisukančiam Schwarzschild metrikos kūnui, kurį atrado Karlas Schwarzschildas 1915 m., Apibūdindamas erdvėlaikio geometriją aplink neįkrautą, sferiškai simetrišką ir nesisukantį kūną. Atitinkamas sprendimas a apkaltintas, sferinis, nesisukantis kūnas, „Reissner – Nordström“ metrika buvo atrasta netrukus (1916–1918). Tačiau tikslus sprendimas be įkrovos, sukasi juodoji skylė, Kerro metrika, liko neišspręsta iki 1963 m., kai ją atrado Roy Kerr. [1] [2]: 69–81 Natūralus įkrautos, besisukančios juodosios skylės pratęsimas, Kerro – Newmano metrika, buvo atrastas netrukus po to, 1965 m., Šiuos keturis susijusius sprendimus galima apibendrinti šioje lentelėje:

Nesukamas ( = 0) Besisukantis ( ≠ 0)
Neapmokestinta (Klausimas = 0) Schwarzschildas Kerr
Apmokestinta (Klausimas ≠ 0) Reissner – Nordström Kerras – Newmanas

kur Klausimas reiškia kūno elektrinį krūvį ir reiškia jo sukimo kampinį impulsą.

Remiantis Kerro metrika, besisukantis kūnas turėtų parodyti rėmo tempimą (taip pat žinomą kaip „Lense – Thirring“ precesija), tai yra savitas bendro reliatyvumo prognozavimas. Pirmasis šio kadro tempimo efekto matavimas buvo atliktas 2011 m. Atliekant „Gravity Probe B“ eksperimentą. Apytiksliai tariant, šis efektas numato, kad objektai, artėjantys besisukančiai masei, bus įtraukti į jo sukimąsi ne dėl juntamos jėgos ar sukimo momento, o dėl sukamo erdvės kreivumo, susijusio su besisukančiais kūnais. . Jei sukasi juodoji skylė, pakankamai arti visų objektų - net šviesos - turi pasukite su juodąja skyle regioną, kuriame tai yra, vadina ergosfera.

Besisukančios juodosios skylės turi paviršius, kuriuose matoma, kad metrikoje yra akivaizdžių ypatumų. Šių paviršių dydis ir forma priklauso nuo juodosios skylės masės ir kampinio impulso. Išorinis paviršius uždaro ergosferą ir yra panašus į išlygintą rutulį. Vidinis paviršius žymi įvykio horizontą. Į šio horizonto vidų patenkantys objektai niekada nebegali bendrauti su už horizonto esančiu pasauliu. Tačiau nė vienas paviršius nėra tikras singuliarumas, nes jų tariamą singuliarumą galima pašalinti kitoje koordinačių sistemoje [ reikalinga citata ]. Tarp šių dviejų paviršių esantys objektai turi suktis kartu su besisukančia juodąja anga, kaip minėta aukščiau, ši savybė iš esmės gali būti naudojama norint išgauti energiją iš besisukančios juodosios skylės iki jos nekintančios masės energijos, Mc 2 .

LIGO eksperimentas, kuris pirmą kartą aptiko gravitacines bangas, paskelbtas 2016 m., Taip pat suteikė pirmąjį tiesioginį Kerro juodųjų skylių poros stebėjimą. [3]

Kerro metrika paprastai išreiškiama viena iš dviejų formų: Boyer – Lindquist ir Kerr – Schild. Jį galima lengvai gauti iš Schwarzschildo metrikos, naudojant Newmano-Janio algoritmą [4] pagal Newmano-Penrose'o formalizmą (dar vadinamą spin-koeficiento formalizmu), [5] Ernsto lygtį [6] arba Ellipsoido koordinačių transformaciją. [7]

Boyer – Lindquist koordinuoja Redaguoti

Kerro metrika apibūdina erdvėlaikio geometriją šalia masės M < displaystyle M>, besisukančios su kampiniu impulsu J < displaystyle J>. [8] Boyer – Lindquist koordinačių metrika (arba lygiavertis jos tiesės elementas tinkamam laikui) yra [9] [10].

kur koordinatės r, θ, ϕ < displaystyle r, theta, phi> yra standartinės įstrižainės sferoidinės koordinatės, kurios yra lygiavertės stačiakampio koordinatėms [11] [12]

Kerras – Schildas koordinuoja redagavimą

Kerro metriką galima išreikšti „Kerr – Schild“ forma, naudojant tam tikrą Dekarto koordinačių rinkinį taip. [13] [14] [15] Šiuos sprendimus Kerr ir Schild pasiūlė 1965 m.

Pastebėti, kad k yra vieneto vektorius. Čia M yra pastovi besisukančio objekto masė, η yra Minkovskio tenoras ir a yra pastovus besisukančio objekto sukimosi parametras. Suprantama, kad vektorius a → < displaystyle < vec >> yra nukreiptas išilgai teigiamos z ašies. Kiekis r nėra spindulys, bet yra netiesiogiai apibrėžtas

Atkreipkite dėmesį, kad kiekis r tampa įprastu spinduliu R

kai sukamasis parametras a artėja prie nulio. Šioje sprendimo formoje vienetai parenkami taip, kad šviesos greitis būtų vieningas (c = 1). Dideliais atstumais nuo šaltinio (Ra), šios lygtys redukuojamos į Schwarzschild metrikos formą Eddington – Finkelstein.

Kerro metrikos Kerro – Schildo formoje metrinio tenzoriaus determinantas yra visur lygus neigiamam, net ir šalia šaltinio. [16]

Solitonas koordinuoja Redaguoti

Kadangi Kerro metrika (kartu su Kerr-NUT metrika) yra ašiškai simetriška, ją galima perduoti į formą, kuriai galima pritaikyti Belinskio – Zacharovo transformaciją. Tai reiškia, kad Kerro juodoji skylė turi gravitacinio solitono formą. [17]

Kadangi net tiesioginis Kerro metrikos patikrinimas apima sudėtingus skaičiavimus, prieštaringi komponentai g i k < displaystyle g ^> metrinio tensoriaus Boyer – Lindquist koordinatėse rodoma žemiau keturių gradientų operatoriaus kvadrato išraiškoje: [18]

Kero metriką (1) galime perrašyti tokia forma:

Ši metrika prilygsta kartu besisukančiam etaloniniam rėmui, kuris sukasi kampiniu greičiu Ω, kuris priklauso nuo spindulio r ir kolektyvumas θ, kur Ω vadinamas žudymo horizontu.

Taigi inercinis atskaitos rėmas yra įtrauktas į besisukančią centrinę masę, kad dalyvautų pastarosios sukime, tai vadinama rėmo tempimu ir buvo išbandyta eksperimentiškai. [22] Kokybiškai kadro tempimą galima vertinti kaip gravitacinį elektromagnetinės indukcijos analogą. „Ledo čiuožėja“, skriejanti orą per pusiaują ir besisukanti žvaigždžių atžvilgiu, ištiesia rankas. Ranka, ištiesta link juodosios skylės, bus sukama nugara. Ranka, ištiesta nuo juodosios skylės, bus sukama prieš nugarą. Todėl ji bus sukama sparčiau, priešingai pasukant juodąją skylę. Tai yra priešingai tam, kas vyksta kasdienėje patirtyje. Jei ištiesusi rankas ji jau sukasi tam tikru greičiu, inerciniai ir kadrų tempimo efektai bus subalansuoti ir jos sukimasis nepasikeis. Dėl ekvivalentiškumo principo gravitaciniai efektai lokaliai neatskiriami nuo inercinių efektų, todėl šis sukimosi greitis, kai jai ištiesiant rankas nieko nevyksta, yra jos vietinė nuoroda į nesisukimą. Šis rėmas sukasi fiksuotų žvaigždžių atžvilgiu ir priešingai - juodosios skylės atžvilgiu. Naudinga metafora yra planetinė pavarų sistema, kurioje juodoji skylė yra saulės pavara, ledo čiuožėjas yra planetinis įrankis, o išorinė visata - žiedinė pavara. Tai taip pat galima interpretuoti pagal Macho principą.

Kerro metrikoje (1) yra du fiziškai reikšmingi paviršiai, ant kurių atrodo, kad jis yra vienaskaitos. Vidinis paviršius atitinka įvykių horizontą, panašų į stebimą Schwarzschildo metrikoje, tai įvyksta ten, kur grynai radialinis komponentas grr metrikos eina į begalybę. Kvadratinės lygties sprendimas 1 ⁄ grr = 0 duoda tirpalą:

kurie natūraliais vienetais (kurie duoda G = M = c = 1) supaprastina:

Kitas akivaizdus singuliarumas įvyksta ten, kur grynai laikinas komponentas gtt metrinių pokyčių ženklo iš teigiamo į neigiamą. Vėlgi sprendžiame kvadratinę lygtį gtt = 0 duoda tirpalą:

Dėl cos 2 θ terminas kvadratinėje šaknyje, šis išorinis paviršius primena išlygintą sferą, kuri liečia vidinį paviršių ties sukimosi ašies ašimis, kur θ lygi 0 arba π tarpas tarp šių dviejų paviršių vadinamas ergosfera. Šiame tome grynai laikinas komponentas gtt yra neigiamas, t.y., veikia kaip grynai erdvinis metrinis komponentas. Vadinasi, dalelės šioje ergosferoje turi suktis kartu su vidine mase, jei nori išlaikyti savo laiko pobūdį. Judanti dalelė patiria teigiamą tinkamą laiką savo pasaulinėje linijoje, savo kelią per erdvėlaikį. Tačiau tai neįmanoma ergosferoje, kur gtt yra neigiamas, nebent dalelė sukasi kartu su vidine mase M kampiniu greičiu ne mažesniu kaip Ω. Taigi, nė viena dalelė negali pasisukti priešinga centrinei masei ergosferoje.

Kaip ir įvykių horizonte Schwarzschild metrikoje, akivaizdūs singuliarumai rH ir rE yra iliuzijos, sukurtos pasirinkus koordinates (t. y. jos yra koordinačių singuliarumai). Tiesą sakant, erdvės laiką galima sklandžiai tęsti per juos tinkamai pasirinkus koordinates.

Juodoji skylė apskritai yra apsupta paviršiaus, vadinamo įvykių horizontu, ir esanti Schwarzschildo spinduliu, kad būtų nerotuojanti juodoji skylė, kur pabėgimo greitis yra lygus šviesos greičiui. Šiame paviršiuje joks stebėtojas / dalelė negali išlaikyti savęs pastoviu spinduliu. Jis priverstas kristi į vidų, todėl kartais tai vadinama statinė riba.

Besisukančios juodosios skylės įvykių horizonte yra ta pati statinė riba, tačiau už įvykių horizonto yra papildomas paviršius, pavadintas „ergosurface“,

Boyer – Lindquist koordinatėse, kurias intuityviai galima apibūdinti kaip sferą, kurioje „aplinkinės erdvės sukimosi greitis“ traukiamas kartu su šviesos greičiu. Šioje sferoje tempimas yra didesnis nei šviesos greitis, ir bet kuris stebėtojas / dalelė yra priversta suktis kartu.

Regionas už įvykio horizonto, bet paviršiaus viduje, kur sukimosi greitis yra šviesos greitis, vadinamas ergosfera (iš graikų ergonas prasmė darbas). Į ergosferą patenkančios dalelės priverstos suktis greičiau ir taip įgyti energijos. Kadangi jie vis dar yra už įvykio horizonto, jie gali pabėgti iš juodosios skylės. Grynasis procesas yra tai, kad besisukanti juodoji skylė išleidžia energijos daleles savo pačios bendros energijos kaina. Pirmą kartą galimybę pasukti energiją iš besisukančios juodosios skylės pasiūlė matematikas Rogeris Penrose'as 1969 m., Todėl ji vadinama Penrose'o procesu. Besisukančios juodosios skylės astrofizikoje yra potencialus didelių energijos šaltinių šaltinis ir yra naudojamos paaiškinant energetinius reiškinius, pavyzdžiui, gama spindulių pliūpsnius.

Kerro geometrijoje yra daug dėmesio vertų bruožų: maksimalus analitinis pratęsimas apima asimptotiškai plokščių išorinių regionų seką, kiekviena susijusi su ergosfera, stacionariais ribiniais paviršiais, įvykių horizontais, Cauchy horizontais, uždarytomis laiko kreivėmis ir žiedo formos kreivumo singuliarumu. Geodezinę lygtį galima išspręsti tiksliai uždara forma. Be dviejų Killing vektoriaus laukų (atitinkančių laiko vertimas ir ašimetrija), Kerro geometrija pripažįsta puikų žudymo tenzorą. Yra pora pagrindinių nulinių sutapimų (vienas įeinantis ir vienas išeinantis). Weylio tensorius algebriškai yra ypatingas, iš tikrųjų jis turi Petrovo tipą D. Pasaulinė struktūra yra žinoma. Topologiškai Kerro erdvėlaikio homotopijos tipą galima tiesiog apibūdinti kaip liniją, kurioje kiekviename sveikojo skaičiaus taške pritvirtinti apskritimai.

Atkreipkite dėmesį, kad vidinė Kerro geometrija yra nestabili atsižvelgiant į vidinio regiono sutrikimus. Šis nestabilumas reiškia, kad nors Kerro metrika yra simetriška ašiai, gravitacinio žlugimo metu sukurta juodoji skylė gali būti ne tokia. [11] Šis nestabilumas taip pat reiškia, kad tokios aukštos skylės viduje gali nebūti daugelio aukščiau aprašytų Kerro geometrijos bruožų. [24] [25]

Paviršius, ant kurio šviesa gali skrieti aplink juodąją skylę, vadinamas fotonų sfera. Kerro tirpalas turi be galo daug fotonų sferų, esančių tarp vidinės ir išorinės. Neprotuojančiame Schwarzschild tirpale su a = 0, vidinė ir išorinė fotonų sferos išsigimsta, todėl vienu spinduliu yra tik viena fotonų sfera. Kuo didesnis juodosios skylės sukimasis, tuo toliau viena nuo kitos juda vidinė ir išorinė fotonų sferos. Šviesos pluoštas, einantis priešinga juodosios skylės nugarai, kryptimi apskritime skriejančią skylę ties išorine fotonų sfera. Šviesos pluoštas, einantis ta pačia kryptimi, kaip ir juodosios skylės sukimasis, apskritime orbitą ties vidine fotonų sfera. Skriejanti geodezija, turinti tam tikrą kampinį impulsą, statmeną juodosios skylės sukimosi ašiai, skris fotonų sferose tarp šių dviejų kraštutinumų. Kadangi erdvė-laikas sukasi, tokios orbitos turi precedenciją, nes kintamajame ϕ < displaystyle phi ,> kintamasis pasikeičia pakeitus period < displaystyle theta ,> kintamąjį.


Penki nuostabūs faktai apie juodąsias skylutes ir # 8211 „Vienpusės durys iš Visatos“

Nobelio premijos laureatas Subrahmanyanas Chandrasekharas, kuriam buvo pavadinta NASA Chandros rentgeno observatorija, juodąsias skyles apibūdino kaip „tobuliausius visatos makroskopinius objektus: vieninteliai jų konstrukcijos elementai yra mūsų erdvės ir laiko sampratos“.

Keisti kosminiai paradoksai

Šie keistieji kosminiai paradoksai, kuriuos Prinstono kvantinis fizikas Johnas Archibaldas Wheeleris sukūrė „juodąsias skyles“, neturi atminties, tačiau sakoma, kad juose yra ankstyviausi visatos prisiminimai, taip pat ir patys naujausi, tuo pačiu išnaikindami visą atmintį. sunaikindamas visas jo apraiškas.

Ir vis dėlto, kaip ir hologramoje, juodosios skylės turi dvi dimensijas, kuriose gravitacija išnyksta, tačiau jos atkuria objektą trimis matmenimis, derindamosis su Einšteino reliatyvumo teorija, kurioje juodosios skylės apibūdinamos kaip trimatės, paprastos, sferinės ir lygios, kaip jie rodomi garsiajame juodosios skylės M87 vaizde, kurį užfiksavo „Event Horizon“ teleskopas (EHT) 2019 m. balandžio mėn. Vaizdą, EHT direktorius Shepas Delemanas apibūdino kaip „# 8220vieno kelio duris iš Visatos“. & # 8221

Chandros rentgeno nuotrauka iš M87 šerdies, EHT apačioje esančios juodosios skylės atvaizdas (rentgeno nuotrauka: NASA / CXC / Villanovos universitetas / J. Neilsenas, radijas: „Event Horizon Telescope Collaboration“)

Ar juodosios skylės egzistuoja aukštesnėje dimensijoje?

Ar juodosios skylės egzistuoja aukštesnėje dimensijoje? –perhaps the Big Bang is a mirage This video asks profound questions about the existence of black holes in our Universe.

Primordial Black Holes

Shortly after the Big Bang, quantum mechanical fluctuations led to the density distribution of matter that we observe today in the expanding universe. It’s been suggested that some of those density fluctuations might have been large enough to result in black holes peppered throughout the universe. These so-called primordial black holes were first proposed in the early 1970s by Stephen Hawking and collaborators but have never been detected—it’s still not clear if they exist at all.

“Ancient black holes would give us access to physics we would never otherwise be able to do,” wrote Dan Hooper, head of the theoretical astrophysics group at Fermilab, in an email to The Daily Galaxy. If primordial black holes are real, they’d have potential to solve a whole host of the biggest problems in cosmology, not the least being the mystery of dark matter, considered to be the backbone to the structure of the universe.

First-Ever Image of a Black Hole

To celebrate two years since the EHT Collaboration released the first image of the M87 Galaxy Black Hole, the Alma Observatory in Chile shared five impressive things about these incredible objects (edited and expanded upon by The Daily Galaxy). Scientists had long struggled to capture a photograph of a black hole — a region of space with a gravitational pull so strong that not even light can escape it. Black holes, Einstein said, are where God divided by zero.”

The image revealed by the EHT in 2019 shown below consists of a glowing orange ring on a black background. It is an image equal to the famous “Earthrise” photo taken by Apollo 8 astronaut Bill Anders in December 1968

1. Before knowing what black holes were, in 1784 geologist John Michell called them dark stars. The idea of black holes stems from Albert Einstein’s theory of general relativity, which says that light is affected by gravity. Michell wrote: “If the semi-diameter of a sphere of the same density as the Sun were to exceed that of the Sun in the proportion of 500 to 1, a body falling from an infinite height towards it would have acquired at its surface greater velocity than that of light, and consequently..all light emitted from such a body would be made to return towards it by its own proper gravity.”

Artist impression above of the heart of galaxy NGC 1068, which harbors an actively feeding supermassive black hole. Arising from the black hole’s outer accretion disk, ALMA discovered clouds of cold molecular gas and dust. This material is being accelerated by magnetic fields in the disk, reaching speeds of about 400 to 800 kilometers per second. This material gets expelled from the disk and goes on to hide the region around the black hole from optical telescopes on Earth. Essentially, the black hole is cloaking itself behind a veil of its own exhaust. (NRAO/AUI/NSF D. Berry / Skyworks)

2. The first simulation of a black hole was a drawing of the accretion disk, made by hand, around a black hole, based on computer calculations by French astrophysicist Jean-Pierre Luminet in 1979 published in Astronomija ir astrofizika , it had a worldwide impact, since this type of object was still highly theoretical. It is an image based on the then supposed physical properties of a black hole and its gas disc, such as its rotation rate and temperature, and on Einstein’s general theory of relativity. ( CNRS Phototheque)

3. Black holes are regions in space where gravity is extreme. Everything that comes too close is sucked in, and nothing can ever get out again. Even light, traveling at 300,000 kilometers per second, cannot escape the gravitational grip of a black hole. Stephen Hawking wrote about the black hole’s event horizon: “Consideration of particle emission from black holes would seem to suggest that God not only plays dice, but also sometimes throws them where they cannot be seen.”

4. Black holes cause huge jets of matter įvykio horizontas: Most of the matter near the edge of a black hole ends up falling into it. However, some of the surrounding particles escape moments before capture and are propelled into space at great distances in jets. The new image, reported the European Southern Observatory (ESO), captured how the iconic object looks in polarized light showing the bright jets of energy and matter that emerge from M87’s core and extend at least 5000 light-years from its center –one of the galaxy’s most mysterious and energetic features.

5. The Event Horizon Telescope (EHT) collaboration, which produced the first-ever image of a black hole released in 2019, has a new view of the massive object at the Messier 87 (M87) center galaxy: how it looks in polarised light. This is the first time astronomers have been able to measure polarization, a signature of magnetic fields, this close to the edge of a black hole.

Just as electromagnetic radiation becomes polarized when passing through a polarizing filter, blocking radiation where the electric field is perpendicular to the plane of polarization, the extreme magnetic fields in the accretion disk surrounding the black hole polarize the emitted light. By measuring the strength and orientation of the polarization, astronomers can better understand the magnetic fields in the accretion disks of supermassive black holes.

This image above shows the polarised view of the black hole in M87 –an object larger than our solar system. The lines mark the orientation of polarisation, which is related to the magnetic field around the shadow of the black hole. (EHT Collaboration)

The Daily Galaxy, Maxwell Moe, astrophysicist, NASA Einstein Fellow , University of Arizona via ALMA Observatory

Image credit top of page: Primordial black holes, NASA, ESA, Hubble Heritage Team

Your free twice-weekly fix of stories of space and science –a random journey from Planet Earth through the Cosmos– that has the capacity to provide clues to our existence and add a much needed cosmic perspective in our Anthropocene epoch.


Forming a Black Hole in General Relativity

Let us now trace how spacetime is affected by the formation of a black hole in general relativity. The spacetime diagram below shows a sphere of matter undergoing gravitational collapse. It is the simplest case of an uncharged, non-rotating sphere of matter and produces a so-called "Schwarzschild" black hole.

The collapse continues as we proceed up the figure. The sphere becomes smaller and smaller, until it eventually it is so small and dense and its gravity so strong that not even light can escape its surface. That is the formation of a black hole and it happens at a radial position known as the "Schwarzschild radius." For an object the size of the earth, we already saw that radius is 1/3". For an object the size of the sun, it is 2.95 km. (Note that neither the earth nor sun have enough mass to overcome stabilizing forces and produce a black hole.)

The radial position from where light can longer escape is called the "event horizon." It is an important boundary in spacetime. Outside the event horizon, rapidly moving bodies that have strayed too close to the black hole can still escape, if they can move fast enough. Once they stray within the event horizon, no escape is possible. The fastest speed relativity theory admits, that of light, is no longer enough to allow escape.

Once the collapsing matter has collapsed within the event horizon, the collapse continues all the way to zero size. What results is a point of infinite matter density and therefore a point of infinite spacetime curvature. It is a singularity . Once these two quantities have become infinite, Einstein's gravitational field equations have ceased to function the theory breaks down.

Within the event horizon, all motion of matter and light is towards that singularity. It is everyone's future. In this sense, the directions of space and time are switched within the event horizon. Time now points towards the singularity, for that is everyone's future.

In a Minkowski spacetime, the light cones mapped out the possible motions and the possibilities for causal connections. In that spacetime, the lightcones were uniformly distributed in spacetime, with no regions of spacetime causally distinct from others. In a black hole, it is otherwise.

As we near the event horizon, the light cones tip over to face the singularity.

At the event horizon itself, the light cones have tipped over so far that only motions faster than light can escape falling into the singularity.

Within the event horizon, the light cones futures are all pointed towards the singularity.

A presumption in the literature on black holes is that nothing travels faster than light . We noted earlier that relativity theory does in principle admit faster than light motions--a particle executing them would be a tachyon. However no such particle has been detected.

When we look at these diagrams, it is clear that the event horizon marks a special boundary in spacetime. It marks the point of no return for travelers falling into the black hole. However there is nothing special, locally, at the event horizon that is different from neighboring events. As the traveler passes the event horizon, there are no special flags or markers that the traveler sees. Spacetime around the event horizon will be highly curved but otherwise no different from the spacetime on either side. In brief, the traveler "feels no bump" when the event horizon is passed.

The event horizon gets its special properties from its relation to the global structure of the spacetime and specifically to the singularity and the exterior of the black hole. For it marks the boundary past which a traveler's future must lie in the singularity and can no longer lie in the exterior of the black hole. It is something like the position computed by demographers called the "mean center of the US population." When you stand at that position, which is somewhere in Missouri, the average distance to all peoples in the US comes out to zero. Move an inch to the west and you are now on average closer to people in the west move an inch to the right and you are now on average closer to people in the east. Of course it is nothing locally about the position in Missouri that gives it this property. It is the relation between that position and all the people spread out over the US.


Image source: US Dept of Commerce, US Census, http://www.census.gov/geo/www/2010census/centerpop2010/centerpop_mean2010.pdf


What does a black hole look like up close?

What would a black hole look like if you were up close to it?

There are several ways to answer this question. One way is: nothing. It’s black, so it won’t look like anything.

Another way is: it doesn’t matter, because in a few milliseconds you’ll be dead anyway.

That’s a little dark, and though true, also unsatisfying.

If you’re a scientist, though, the answer is more complicated. We don’t have to get close to a black hole to figure out what it looks like, so defying our own demise isn’t necessary. And if we posit the black hole is actively eating, say, a big cloud of gas, then we can figure out what it looks like.

You need a lot of math and physics, including relativistic physics, radiative transfer physics (basically, how things glow), and a good computer to run through the fierce calculations, but what you get is something so cool it makes the brain-and-spacetime-twisting physics worth it.

Because it looks like this:

So what are you seeing here? Chaos, heat, and gravity, all stirred together by relativity.

More specifically, you’re seeing the weird optics generated when a black hole is surrounded by a ring of gas it’s consuming, called the kaupimo diskas. This was released by NASA in honor of #BlackHoleWeek, which I have an opinion about:

But despite that, this sim is amazing, and worth examining. Let’s take a look at all this from the center out.

At the very center is the black hole itself. You can’t see it (see paragraph 2 above). Every black hole has a minimum distance from it where, to escape its gravity, you’d need to move at the speed of light. Nothing can do this, which is why black holes are black (and why they’re holes, for that matter). This distance is called the įvykio horizontas.

However, the big black circle in the middle is actually bigger than the event horizon. Any photon (a particle of light) that gets too close to the black hole actually goes into orbit around it before eventually falling in, and doesn’t make it back out to us. This region is called the photon sphere (also somewhat misleadingly called the black hole’s shadow) and is about 2.5 times bigger than the event horizon (this is for a rotating black hole if it’s not rotating, the photon sphere is only 1.5 times bigger the reasons for this are, unsurprisingly, complex).

Technically speaking, if you were inside the photon sphere (and not torn apart by the ridiculously strong tides or just pulled right in) and looking directly ahead of you, you could see the back of your own head! The photons from the back of your head would orbit around the black hole, and then come at you from ahead of you. That would be… disconcerting.

A point: a lot of people get confused about seeing bet koks light from a black hole. Light cannot escape a black hole if it gets too close, inside the event horizon (or the photon sphere, depending on circumstances). But outside that distance light is free to travel away… but not without paying a price. Let’s find out what that toll is.

An annotated version of a black hole simulation explains the various parts of this bizarre object. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman

Back to the sim, and still moving outward, just outside that photon sphere is a narrow ring of light, called the photon ring. This is light from the accretion disk, where the photons that headed in toward the black hole stay just outside the photon sphere limit, so they orbit the black hole a few times before coming back out. There’s a gap around it because photons that stay well outside the photon sphere just keep going — their path is bent severely by the black hole’s gravity, but not enough to head toward us. So we see no light from that region.

Outside the photon sphere we see the light from the accretion disk itself… but it’s a mess. Remember, it’s a flat disk around the black hole, like Saturn’s rings. But we see the disk by the light it emits, and that’s having merry hell played on it by the black hole.

The path of light around a black hole gets severely distorted by gravity. In this diagram, the Earth is off to the right, and light from material behind the black hole gets bent toward us, leaving a “hole” where the black hole itself is. Credit: Nicolle R. Fuller/NSF

In front of the black hole the disk looks relatively (ha!) normal. That light goes from the disk to us, straight out of the black hole’s gravity well, so it’s not as distorted. If you follow it around to the right, though, it suddenly kinks upward, forming an arch over the black hole. That’s the backside of the disk! Normally you wouldn’t see it, since it’s behind the black hole. But some of the light from that part of the disk goes around ir over the black hole, bent by the fierce gravity in a direction toward us, allowing us to see it.

That light in the arch above the black hole is coming from the topside of the accretion disk. Light from the underside also goes around the black hole, but it’s bent around the bottom of the black hole, so we see that part of the disk under the black hole as well. That looks like a smaller circle than the upper one, but this size and geometry depends on the angle were looking from. The shape of these two arches depends on the viewing angle, because the way the light gets bent around the black hole changes the way we see it as we move up or down relative to the disk itself. You can see that happening in the video as the viewing angle changes.

There’s one more thing to note. In this sim, the gas in the accretion disk orbits the black hole from left to right. That’s important! Can you see how the disk on the left looks brighter than it does on the right? That’s a real effect, called relativistic beaming. I’ve written about it before:

There’s an effect called relativistic beaming, caused by the incredibly rapid motion of the material as it orbits just outside the black hole. If you hold a light bulb in front of you, the light expands in a sphere, in all directions, But if that light bulb is moving near the speed of light, the light we see emitted from it appears to be beamed, like a flashlight, aimed into the direction it’s moving. This bizarre effect means that an object headed toward you at close to the speed of light appears brighter, because more of its light is focused toward you, and something moving away appears darker, because its light is focused away from you.

The gas on the left is headed toward you, so some of its light that would otherwise miss you is beamed toward you, making it look brighter. The gas on the left is heading away from you, so its light is beamed even more away from you, dimming it.

If all this sounds familiar, that may be because you’re thinking of the very first image of a photon sphere of a black hole — in this case, the one in the center of the galaxy M 87, 55 million light years away, taken by the Event Horizon Telescope, an array of radio telescopes across the planet.

The very first image of the "shadow" of a supermassive black hole. This shows the region around a black hole with a mass 6.5 billion times that of the Sun, located 55 million light years away from Earth in the core of the galaxy M87. Credit: NSF

Fuzzy, but it shows the same features! Stay tuned, too, because soon we’ll be seeing more, and more clear, images of these objects.

So I think at this point it’s OK to take a moment and think, “Black holes are weird.”

But hey, that’s nature. The Universe isn’t under any obligation to obey our “common” sense, as uncommon and nonsensical as that might be. But when you take the time to really look at the Universe, observe it, find the patterns, the math behind those patterns, and the physics that math implies — that math demands — then even the weirdest things in the Universe become understandable.

That’s a nice to thought to have, perhaps even comforting, in the last few milliseconds before you leave the Universe forever. Have a nice trip down!


Properties and structure

The no-hair conjecture postulates that, once it achieves a stable condition after formation, a black hole has only three independent physical properties: mass, charge, and angular momentum the black hole is otherwise featureless. If the conjecture is true, any two black holes that share the same values for these properties, or parameters, are indistinguishable from one another. The degree to which the conjecture is true for real black holes under the laws of modern physics, is currently an unsolved problem. [47]

These properties are special because they are visible from outside a black hole. For example, a charged black hole repels other like charges just like any other charged object. Similarly, the total mass inside a sphere containing a black hole can be found by using the gravitational analog of Gauss's law, the ADM mass, far away from the black hole. [58] [ reikalingas paaiškinimas ] Likewise, the angular momentum can be measured from far away using frame dragging by the gravitomagnetic field. [ reikalingas paaiškinimas ]

When an object falls into a black hole, any information about the shape of the object or distribution of charge on it is evenly distributed along the horizon of the black hole, and is lost to outside observers. The behavior of the horizon in this situation is a dissipative system that is closely analogous to that of a conductive stretchy membrane with friction and electrical resistance&mdashthe membrane paradigm. [59] This is different from other field theories such as electromagnetism, which do not have any friction or resistivity at the microscopic level, because they are time-reversible. Because a black hole eventually achieves a stable state with only three parameters, there is no way to avoid losing information about the initial conditions: the gravitational and electric fields of a black hole give very little information about what went in. The information that is lost includes every quantity that cannot be measured far away from the black hole horizon, including approximately conserved quantum numbers such as the total baryon number and lepton number. This behavior is so puzzling that it has been called the black hole information loss paradox. [60] [61]

Physical properties

The simplest static black holes have mass but neither electric charge nor angular momentum. These black holes are often referred to as Schwarzschild black holes after Karl Schwarzschild who discovered this solution in 1916. [20] According to Birkhoff's theorem, it is the only vacuum solution that is spherically symmetric. [62] This means that there is no observable difference between the gravitational field of such a black hole and that of any other spherical object of the same mass. The popular notion of a black hole "sucking in everything" in its surroundings is therefore only correct near a black hole's horizon far away, the external gravitational field is identical to that of any other body of the same mass. [63]

Solutions describing more general black holes also exist. Non-rotating charged black holes are described by the Reissner&ndashNordström metric, while the Kerr metric describes a non-charged rotating black hole. The most general stationary black hole solution known is the Kerr&ndashNewman metric, which describes a black hole with both charge and angular momentum. [64]

While the mass of a black hole can take any positive value, the charge and angular momentum are constrained by the mass. In Planck units, the total electric charge Klausimas and the total angular momentum are expected to satisfy

for a black hole of mass M. Black holes with the minimum possible mass satisfying this inequality are called extremal. Solutions of Einstein's equations that violate this inequality exist, but they do not possess an event horizon. These solutions have so-called naked singularities that can be observed from the outside, and hence are deemed unphysical. The cosmic censorship hypothesis rules out the formation of such singularities, when they are created through the gravitational collapse of realistic matter. [6] This is supported by numerical simulations. [65]

Due to the relatively large strength of the electromagnetic force, black holes forming from the collapse of stars are expected to retain the nearly neutral charge of the star. Rotation, however, is expected to be a universal feature of compact astrophysical objects. The black-hole candidate binary X-ray source GRS 1915+105 [66] appears to have an angular momentum near the maximum allowed value. That uncharged limit is [67]

allowing definition of a dimensionless spin parameter such that [67]

0 &le c J G M 2 &le 1. >>leq 1.> [67] [Note 1]

Black hole classifications
Klasė Apytiksliai
mass
Apytiksliai
dydžio
Supermassive black hole 10 5 &ndash10 10 MSaulė 0.001&ndash400 AU
Intermediate-mass black hole 10 3 MSaulė 10 3 km &asymp RŽemė
Stellar black hole 10 MSaulė 30 km
Micro black hole up to MMėnulis up to 0.1 mm

Black holes are commonly classified according to their mass, independent of angular momentum, . The size of a black hole, as determined by the radius of the event horizon, or Schwarzschild radius, is roughly proportional to the mass, M, through

kur rs is the Schwarzschild radius and MSaulė is the mass of the Sun. [69] For a black hole with nonzero spin and/or electric charge, the radius is smaller, [Note 2] until an extremal black hole could have an event horizon close to [70]


Žiūrėti video įrašą: Шланг на плите может привести к ВЗРЫВУ!!! Состав шлангов газовых (Gruodis 2022).