What is a black hole?

Τι είναι μια μαύρη τρύπα;

Credit: NASA, Σ. Gezari, και J. Guillochon

Οι μαύρες τρύπες είναι τα απομεινάρια των πολύ μεγάλων άστρων με βαρύτητα τόσο ισχυρή που ούτε το φως δεν μπορεί να δραπετεύσει.

Οι μαύρες τρύπες μπορεί να είναι μεταξύ των πιο παράξενο - και πιο συχνά παρεξηγημένη - αντικείμενα στο σύμπαν μας. Τα απομεινάρια των πιο μεγάλων άστρων, κάθονται στα όρια της κατανόησης της φυσικής μας. Μπορούν να περιέχουν αρκετές φορές τη μάζα του ήλιου μας σε ένα χώρο όχι μεγαλύτερο από μια πόλη. Με βαρύτητα τόσο έντονη που ακόμη και το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από επιφάνειές τους, οι μαύρες τρύπες μπορεί να μας διδάξει για την απόλυτη άκρα του σύμπαντος και την ίδια τη δομή του ίδιου του χώρου.

Καλλιτέχνης απόδοση του μια μαύρη τρύπα σχέδιο αερίου από ένα κοντινό άστρο. Credit: NASA Ε / PO, Sonoma State University, Aurore Simonnet

Εννοιολογικά, οι μαύρες τρύπες δεν είναι όλα αυτά περίπλοκα. Δεν είναι τίποτα περισσότερο από εξαιρετικά πυκνό πυρήνες φορά μεγάλων άστρων. Τα περισσότερα αστέρια, όπως ο ήλιος μας, τελειώνουν τη ζωή τους με ειρηνικά απαλά φυσά εξωτερικά στρώματα τους στο διάστημα. Αλλά αστέρια υπερβαίνει περίπου οκτώ φορές τη μάζα του ήλιου λάβει μια άλλη, πιο δραματική, μονοπάτι.

Αυτά τα αστέρια πεθαίνουν, όταν δεν μπορούν πλέον να συγχωνεύονται ατομικούς πυρήνες στον πυρήνα τους. Δεν είναι ότι θα ξεμείνει από καύσιμα, per se. Αντίθετα, όταν το άστρο έχει έναν πυρήνα από σίδηρο, συνδυάζοντας μαζί άτομα να κάνουν νέα στοιχεία που κοστίζει πραγματικά το ENERGY STAR. Λείπει μια πηγή ενέργειας, το αστέρι δεν μπορεί μόνη της να κρατήσει ψηλά κατά την ανηλεή αγώνα με τη βαρύτητα.Τα εξωτερικά στρώματα του αστεριού έρθει συντρίβοντας κάτω.

Όπως πολλές Octillion τόνους αερίου έρχονται κάτω στα εμπόδια, ο πυρήνας του άστρου υποβάλλεται σε μια δραστική αλλαγή και γίνεται ανθεκτική σε περαιτέρω συμπίεση. Η καταρρέουσα αέριο χτυπά το πλέον σκληρό πυρήνα-και ριμπάουντ. Η ταχεία συμπίεση του αερίου πυροδοτεί ένα τελευταίο κύμα της ανεξέλεγκτης πυρηνικής σύντηξης. Το αστέρι, τώρα άγρια ​​από την ισορροπία, εκρήγνυται. Η προκύπτουσα σουπερνόβα μπορεί να επισκιάσει ένα ολόκληρο γαλαξία και μπορεί να δει κανείς από όλο το σύμπαν.

Ένα κατάλοιπο υπερκαινοφανούς, N49, που βρίσκεται 160.000 έτη φωτός μακριά στο Μεγάλο Νέφος-Magellenic ένα δορυφορικό γαλαξία του Γαλαξία μας. Σε περίπου 5000 ετών, ο σουπερνόβα πιθανότατα άφησαν πίσω τους ένα συμπαγές άστρο νετρονίων στο πέρασμά του. Αυτή η σύνθετη εικόνα δείχνει ακτίνες Χ (μωβ), υπέρυθρο (κόκκινο) και ορατό (λευκό, κίτρινο) φως. X-ray: NASA / CXC / Caltech / S.Kulkarni et al? Οπτική:. NASA / STScI / UIUC / YHChu & R.Williams et al? IR:. NASA / JPL-Caltech / R.Gehrz et al.

Στα ίχνη του σουπερνόβα, ο πυρήνας παραμένει. Αυτή η πυκνή σούπα των υποατομικών σωματιδίων έχει δύο επιλογές σε αυτό το σημείο. Για ένα αστέρι με μάζα μικρότερη από 20 ήλιοι, ο πυρήνας κρατά μαζί σαν ένα αστέρι νετρονίων. Αλλά για τα πραγματικά αστρική heavyweights, ο πυρήνας μετατρέπεται σε ένα πραγματικά εξωτικό αντικείμενο. Μια μαύρη τρύπα γεννιέται.

Ηθοποιοί ευδοκιμούν σε επισφαλή ισορροπία. Σοβαρότητα θέλει να τραβήξει το αστέρι μαζί, εσωτερική πίεση θέλει να το διαλύσει. Οι πιο δραστικές αλλαγές συμβαίνουν όταν ένα από αυτές τις δυνάμεις παίρνει το πάνω χέρι. Πάνω από ένα μάζα του πυρήνα των λίγων ήλιοι, δεν υπάρχει καμία γνωστή πηγή της πίεσης που μπορεί να ισορροπήσει τη βαρύτητα. Το αστρικό απομεινάρι καταρρέει από μόνη της.

Η συμπίεση όλο αυτό το βάρος σε ένα μικρότερο και μικρότερο όγκο κάνει τη σοβαρότητα σε ανεβάσει στα ύψη επιφάνεια του νεκρού άστρου. Ραγδαία αύξηση της βαρύτητας καθιστά ολοένα και πιο δύσκολο για τίποτα να ξεφύγει. Αποκτήστε η βαρύτητα αρκετά υψηλό - περίπου 30 χιλιάδες φορές αυτό που αισθανόμαστε εδώ στη Γη - και μερικές πραγματικά περίεργες παρενέργειες pop up.

Αυτή η προσομοίωση σε υπολογιστή δείχνει ένα αστέρι που βαρυτικά σπαράσσεται από μια κοντινή μαύρη τρύπα. Long ρεύματα υπέρθερμου αερίου ξεχωρίζουν τελικό ταξίδι του άστρου. Η καταρρέουσα σωρούς αερίου σε ένα δίσκο γύρω από τη μαύρη τρύπα (επάνω αριστερά). Credit: NASA, Σ. Gezari (Το Johns Hopkins University), και J. Guillochon (University of California, Santa Cruz)

Ρίξτε μια μπάλα στον αέρα, και τελικά σταματά, γυρίζει γύρω, και έρχεται πίσω στο χέρι σας. Πέτα την μπάλα πιο δύσκολο, θα πάει υψηλότερα - αλλά εξακολουθεί να πέφτει πίσω. Πέτα την μπάλα αρκετά σκληρά και η μπάλα μπορεί να ξεφύγει από τη βαρύτητα της Γης. Το σημείο-της-δεν-επιστροφή ονομάζεται "ταχύτητα διαφυγής". Είναι διαφορετικό για κάθε πλανήτη, αστέρι, και κομήτης. Ταχύτητα διαφυγής της Γης είναι περίπου 40.000 χλμ / ώρα. Για τον ήλιο, είναι πάνω από 2 εκατομμύρια χιλιόμετρα / ώρα!. Σε ένα πολύ μικρό αστεροειδή, το άλμα πολύ υψηλή μπορεί να ξεκινήσει κατά λάθος σε τροχιά.

Σε μια μαύρη τρύπα, ωστόσο, η ταχύτητα διαφυγής είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός!

Επειδή τίποτα δεν μπορεί να πάει τόσο γρήγορα, τότε τίποτα - δεν ανάβει ακόμη και η ίδια - μπορεί να πάρει μέχρι και αρκετή ταχύτητα για να ξεφύγει επιφάνεια μιας μαύρης τρύπας. Δεν τύπος της ακτινοβολίας -ραδιοκύματα, UV, υπέρυθρη - μπορεί να προέλθει από μια μαύρη τρύπα. Δεν υπάρχουν πληροφορίες σε όλα μπορεί ποτέ να φύγω. Το σύμπαν έχει καταρτίσει μια κουρτίνα γύρω από ό, τι απομένει από αυτά τα αστρικά μεγαθήρια και έτσι δεν μπορούμε να μελετήσουμε άμεσα. Το μόνο που μπορούμε να κάνουμε είναι εικασίες.

Η ίδια η μαύρη τρύπα ορίζεται από τον όγκο του χώρου που οριοθετείται από ένα "ορίζοντα γεγονότων". Το γεγονός αυτό σηματοδοτεί ορίζοντα αόρατα από το όριο όπου η ταχύτητα διαφυγής είναι ακριβώς ίση με την ταχύτητα του φωτός. Έξω από τον ορίζοντα, διαστημόπλοιο σας έχει τουλάχιστον ένα θεωρητικό ευκαιρία να κάνουμε το σπίτι. Διασχίζοντας ότι η γραμμή που θέτει σε ένα ταξίδι μονόδρομο για ό, τι βρίσκεται μέσα.

Ένας τρόπος για να εντοπίσετε αστρονόμοι μαύρες τρύπες είναι να βρουν σε τροχιά γύρω από άλλα άστρα. Όταν συμβαίνει αυτό, το αέριο αναρροφάται από το αστέρι και σπείρες κάτω από ένα δίσκο μέσω του ορίζοντα γεγονότων. Το αέριο στο δίσκο θερμαίνεται σε εκατομμύρια βαθμούς και εκπέμπει ισχυρές ακτίνες-Χ. Το αποτέλεσμα είναι αυτό που αστρονόμος το ονομάσουμε ένα "x-ray binary", δείχνουν εδώ σε αυτή την απόδοση καλλιτέχνες της. Credit: ESA, NASA, και Felix Mirabel

Τι βρίσκεται μέσα στον ορίζοντα γεγονότων είναι ένα πλήρες μυστήριο. Υπάρχει ακόμα ένα αντικείμενο κάθεται στο κέντρο, κάποια σκιά μιας κάποτε λαμπρό αστρικό πυρήνα;Ή δεν κάνει τίποτα να σταματήσει τη σοβαρότητα από τη σύνθλιψη των πυρήνων σε ένα μόνο σημείο, ενδεχομένως ακόμη και τρυπώντας το ύφασμα του χωροχρόνου; Η δική μας έλλειψη κατανόησης αυτών των ακραία περιβάλλοντα και το πέπλο της άγνοιας που κρύβει αυτά τα πλάσματα δίνει το δωμάτιο φαντασία να τρέξει άγρια. Οράματα των σηράγγων σε άλλες διαστάσεις, παράλληλα σύμπαντα, ακόμη και μακρινές φορές είναι ανεξέλεγκτη. Αλλά η μόνη ειλικρινής απάντηση στο ερώτημα "τι βρίσκεται πέρα ​​από τον ορίζοντα γεγονότων;" είναι μια απλή «δεν ξέρουμε!"

Η κατώτατη γραμμή είναι ότι οι μαύρες τρύπες είναι οι λόγοι ταφή των εξαιρετικά μεγάλων άστρων. Μετά από μια έκρηξη σουπερνόβα, η μαζική πυρήνας έχει μείνει πίσω. Η έλλειψη μια κατάλληλη δύναμη εξισορρόπησης, η βαρύτητα έλκει το πυρήνα μαζί σε ένα σημείο όπου η ταχύτητα διαφυγής υπερβαίνει την ταχύτητα του φωτός. Από αυτό το σημείο και μετά, χωρίς φως - και όχι οποιεσδήποτε πληροφορίες - μπορεί να εκπέμψει στο διάστημα. Το μόνο που απομένει είναι ένα απόλυτα μαύρο κενό όπου κάποτε ένα ισχυρό αστέρι στάθηκε.