Buraco negro parte 1

Buraco negro ou black hole

Um buraco negro é uma região do espaço na qual o campo gravitacional é tão forte que nada pode escapar depois de terem caído passado, o evento horizonte. O nome vem do fato de que, mesmo radiação electromagnética (por exemplo, luz) não é capaz de escapar, tornando o interior invisível. No entanto, buracos negros podem ser detectadas se eles interagem com o assunto fora do horizonte caso, por exemplo, de gás a partir de um desenho em órbita estrela. O gás espirais introspectivas, o aquecimento até temperaturas muito altas e emitem grandes quantidades de radiação no processo. [2] [3] [4] Embora a idéia de um objeto com gravidade suficientemente forte para evitar a luz de escapar foi proposto no século 18, [5] buracos negros, como actualmente entendida, são descritos por Einstein da teoria da relatividade geral, desenvolvida em 1916. Esta teoria prevê que, quando uma grande quantidade suficiente de massa está presente dentro de um suficientemente pequena região do espaço, todos os caminhos através do espaço são warped para dentro para o centro do volume, obrigando todos assunto e radiação a cair dentro. Enquanto relatividade geral descreve um buraco negro como uma região do espaço vazio com uma pointlike singularidade no centro e um evento no horizonte aresta exterior, a descrição muda quando os efeitos da mecânica quântica são tidos em conta. A investigação sobre este tema indica que, em vez de exploração capturados assunto indefinidamente, buracos negros Maio lentamente vazamento de uma forma de energia térmica chamado Hawking radiação. [6] [7] [8] No entanto, a final, correta descrição dos buracos negros, que exigem uma Teoria quântica da gravidade, é desconhecido.

Tamanhos de buracos negros

Buracos negros podem ter alguma massa. Uma vez que a força gravitacional de um corpo sobre si mesmo, a superfície de um corpo de qualquer forma, aumenta em proporção inversa à sua característica lengthscale quadrado (em volume-2 / 3), um objeto de qualquer forma e massa que é suficientemente comprimido vai Colapso sob sua própria gravidade e formar um buraco negro. No entanto, quando buracos negros formam naturalmente, apenas algumas gamas de massa são realistas.

Buracos negros podem ser divididos em várias categorias tamanho:

*Supermassive buracos negros que contêm centenas de milhares de milhões de vezes a massa do Sol se pensa existir no centro da maioria das galáxias, incluindo a nossa própria Via Láctea. Eles estão pensados para ser responsável pelo ativo galáctico núcleos.

*Intermediário-buracos negros de massa, cujos tamanhos são medidos em milhares de massas solares, podem existir. Intermediário-massa buracos negros têm sido proposto como uma possível fonte de energia para ultra-luminosa raios X fontes.

*massa estrelar buracos negros têm massas variando entre cerca de 1.5-3.0 massas solares (o Tolman-Oppenheimer-Volkoff limite) a 15 massas solares. Esses buracos negros são criadas pelo colapso de estrelas individuais. Estrelas acima cerca de 20 massas solares Maio colapso para formar buracos negros, os núcleos de isqueiro estrelas forma neutrões estrelas anãs brancas ou estrelas. Em todos os casos, algumas das estrelas do material é perdido (soprados afastado durante a fase de gigante vermelha que se transformar em estrelas anãs brancas, ou perdido em uma supernova explosão de estrelas que giram em neutrões estrelas ou buracos negros).

*Micro buracos negros, que têm massa, que os efeitos da mecânica quântica são esperados para tornar-se muito importante. Isto é geralmente assume estar perto do Planck massa. Alternativamente, o termo micro buraco negro ou mini buraco negro pode se referir a qualquer buraco negro com massa muito menor do que a de uma estrela. Buracos negros deste tipo têm sido propostos para ter formado durante o Big Bang (primordial buracos negros), mas nenhum desses buracos foram detectadas a partir de 2008. NASA's GLAST satélite, a ser lançado em 2008, irá procurar esses buracos negros primordiais como uma das suas tarefas.

Astrofísicos esperam encontrar stellar-massa e maiores buracos negros, porque uma massa estelar buraco negro é formado pelo colapso gravitacional de uma estrela de 20 massas solares ou mais no final de sua vida, e, em seguida, pode atuar como uma semente para a formação De um muito maior buraco negro.

#Micro buracos negros podem ser produzidas por:

* O Big Bang, que produziu pressões muito maior do que a de uma supernova e, por isso, suficiente para produzir buracos negros primordiais, sem necessitar de um poderoso gravidade campos de colapso grandes estrelas.

*Partículas de alta energia, como os aceleradores Large Hadron Collider (LHC), se alguns não-padrão suposições estão corretas (tipicamente, um pressuposto de grandes dimensões extra). No entanto, qualquer buracos negros produzidos de forma irá evaporar quase instantaneamente se Hawking Radiation funciona como previsto, assim, constituir nenhum perigo para a Terra.

O que faz com que seja impossível para escapar de buracos negros?

Outros relatividade descreve massa como mudar a forma do spacetime, bem como a forma de spacetime como descrever o assunto move através do espaço. Para objetos muito menos densa do que buracos negros, isso resulta em algo semelhante às leis da gravidade de Newton: objetos com massa atrair uns aos outros, mas é possível definir uma velocidade de escape que permite que um objeto teste para deixar o campo gravitacional de qualquer grande objeto. Para objetos como densa como buracos negros, este deixa de ser o caso. O esforço necessário para sair do buraco torna-se infinito, com velocidade de escape não definível. Existem várias formas de descrever a situação que provoca fuga de ser impossível. A diferença entre estas descrições é como espaço e tempo coordenadas são traçadas sobre spacetime (a escolha das coordenadas depende da escolha do ponto observação e sobre outras definições utilizadas). Uma descrição comum, com base no Schwarzschild descrição dos buracos negros, é de considerar o tempo no eixo spacetime no sentido de chamar a atenção para dentro do centro do buraco negro uma vez que o horizonte é atravessada. [9] Sob estas condições, a queda ainda mais o buraco está em Como inevitáveis como a avançar no tempo. A descrição é relacionado a ponderar o futuro luz cone de um ensaio objeto perto do buraco (todos os possíveis caminhos a objeto ou nada emitida por ela poderia ter, limitada pela velocidade da luz). Como o objeto abordagens do evento horizonte na fronteira do buraco negro, o futuro luz cone inclinações para dentro do horizonte. Quando o teste objeto passa o horizonte, o cone inclinações totalmente introspectivas, e todos os possíveis caminhos levam para o buraco.

Buraco negro parâmetros e os "sem cabelos teorema"

Ver artigo principal: Não cabelo teorema O "Não cabelo" teorema afirma-se que buracos negros têm apenas 3 propriedades independentes interno: massa, momentum angular e carga elétrica. Como consequência, é impossível dizer a diferença entre um buraco negro formado a partir de uma grande massa de comprimido normal assunto e formado a partir de uma, digamos, uma grande massa de comprimido anti-matéria, em outras palavras, qualquer outra informação (à excepção da massa , Momentum angular e cargo) sobre infalling matéria ou energia é aparentemente destruída. Este é o buraco negro informação paradoxo. O teorema só funciona em alguns dos tipos de universo que as equações da relatividade geral permite, mas este inclui quatro-dimensional spacetimes com um zero ou positiva constante cosmológica, que descreve o nosso universo, o nível clássico

Tipos de buracos negros

Apesar da incerteza sobre se o "Não Hair" teorema se aplica ao nosso universo, astrofísicos actualmente classificar buracos negros, de acordo com as suas momentum angular (non-zero angular momentum, o buraco negro é rotativo) e carga elétrica: Non-rotação Rotação Não Schwarzschild Kerr Cobrado Reissner-Nordström Kerr-Newman (Todos os buracos negros não têm massa zero, de forma maciça não pode ser utilizado para este tipo de "sim" / "não" a classificação) Físicos não esperem que buracos negros com uma significativa carga elétrica será formada por natureza, porque a repulsão electromagnética, que resiste a compressão de uma massa eletricamente carregada, é de cerca de 40 (1040) do que a atração gravitacional , Que comprime a massa. Portanto, este artigo não abrange cobrado buracos negros em detalhes, mas o Reissner-Nordström buraco negro e Kerr-Newman métrica artigos fornecer mais informações. Por outro lado astrofísicos esperar que quase todos os buracos negros irá rodar, porque as estrelas se formam a partir da qual eles rodam. Na realidade, a maioria buracos negros são esperados para girar muito rapidamente, porque eles conservam mais do momentum angular das estrelas a partir do qual eles foram formados, mas concentrada em um raio muito menor. As mesmas leis do momentum angular skatistas fazer girar mais rápido se puxar seus braços para aproximar os seus corpos. Este artigo descreve não-rotativa, não buracos negros em primeiro lugar, porque eles são o tipo mais simples.

As características principais de não-rotativa, não buracos negros

Evento horizonte

Esta é a fronteira da região a partir da qual nem sequer luz pode escapar, mas, ao mesmo tempo, a luz não fique sugado para o buraco negro. Stephen Hawking, em seu livro Uma Breve História do Tempo, descreve o evento como horizonte "o ponto de luz que é apenas pouco capazes de escape (" Eu gosto de pensar nisso como sendo perseguido pela polícia, mas apenas para ficar um pouco gestora Passo !")." Outra maneira de pensar é que a luz estiver em uma spacetime "treadmill;" a luz está se afastando do buraco negro, à taxa de c, mas o spacetime está a ser sugado para o buraco negro, à mesma taxa, de forma Os dois cancelam uns aos outros de fora, bem como um treadmill. Um observador a uma distância segura iria ver uma monótona preto disco se o buraco negro estava em um puro vácuo, mas em frente de uma luz de fundo, como um brilhante nebulosa. O evento horizonte não é uma superfície sólida, e não obstruir ou abrandar assunto ou radiação que é viajar para a região no âmbito do evento horizonte. O evento horizonte é a característica de um buraco negro-é preto porque nenhuma luz ou outra radiação pode escapar de dentro dele, excluindo radiação Hawking. Portanto, o evento horizonte esconde o que acontece dentro dele, e só podemos calcular o que acontece, utilizando a melhor teoria disponível, o que neste momento é relatividade geral. O campo gravitacional fora do horizonte caso é idêntico ao campo produzido por qualquer outro objeto esférico simétrico da mesma massa. A concepção popular de buracos negros como "sugar" é falso em coisas: objetos podem manter uma órbita em torno de buracos negros indeterminado, desde que ficar fora da esfera fótons (descrito abaixo), e também ignorar os efeitos da radiação gravitacional, que provoca objetos que orbitam A perder energia, semelhante ao efeito da radiação electromagnética.

Singularidade em um único ponto

Segundo a relatividade geral, um buraco negro de massa é totalmente compactado em uma região com volume zero, o que significa que a sua densidade e atração gravitacional são infinitas, e por isso é a curvatura do espaço-tempo que ela provoca. Estes valores infinito causar mais equações físicas, incluindo as da relatividade geral, a deixar de trabalhar no centro de um buraco negro. Portanto físicos chamam a zero-volume, infinitamente densa região no centro de um buraco negro de uma única singularidade. A singularidade de um não-rotativa, não buraco negro é um ponto, em outras palavras, tem zero comprimento, largura e altura. Mas há uma importante incerteza sobre esta descrição: mecânica quântica é tão bem suportado por matemática e experimental provas como relatividade geral, o que não permite que objetos de ter tamanho zero-tão mecânica quântica diz que o centro de um buraco negro não é um Singularidade, mas apenas uma grande massa compactado em o menor volume possível. Neste momento não temos nenhuma teoria bem estabelecida que combina mecânica quântica ea relatividade geral e, o mais promissor candidato, string teoria, também não permite que objetos de ter tamanho zero. O resto deste artigo irá seguir as previsões da relatividade geral, mecânica quântica, porque lida com muito pequena escala (sub-atómica) fenómenos e relatividade geral é a melhor teoria que temos neste momento para explicar fenômenos de grande escala, tais como o comportamento Das massas semelhantes ou superior a estrelas.

PHOTON esfera

A não-rotativa buraco negro do photon esfera é uma fronteira esférica de zero espessura tal que photons movendo ao longo tangentes à esfera será aprisionado em uma órbita circular. Para os não-rotativa buracos negros, o photon esfera tem um raio de 1,5 vezes que o evento horizonte. Isso pode dar a impressão de que um buraco negro irá acumular um "escudo" de photons capturado, que vai crescer na densidade indefinidamente, mas isso não é verdade. Nenhum photon é provável que a sua estadia nesta órbita durante muito tempo, por duas razões. Em primeiro lugar, é provável que interajam com qualquer infalling assunto na vizinhança (sendo absorvido ou dispersas). Em segundo lugar, a órbita é dinamicamente instável devido à enorme velocidade da luz; pequenos desvios de uma trajetória perfeitamente circular em maiores desvios irá crescer muito rapidamente, provocando o photon quer para escapar ou cair no buraco. Outros objetos extremamente compacto, como neutrões estrelas, também pode ter photon esferas. [11] Esta situação resulta do facto de luz "capturados" por uma esfera photon não passar dentro do raio, que formam o horizonte se o evento fosse um objeto Buraco negro da mesma massa, e, por conseguinte, o seu comportamento não depende da presença de um evento horizonte.

Accretion disco

Um artista vista tirada do Telescópio Espacial Hubble site acreção exibindo um disco ao redor do buraco negro. O atrito entre o gás gera uma enorme quantidade de calor. O gás aquecido emite X-rays.Space não é um puro vazio - mesmo no espaço interestelar contém alguns átomos de hidrogênio por centímetro cúbico. [12] O poderoso campo gravidade de um buraco negro puxa para este e, em seguida, para o buraco negro. O gás mais próxima do evento horizonte forma um disco e, neste curto intervalo, a gravidade do buraco negro é forte o suficiente para comprimir o gás para uma relativamente alta densidade. A pressão, fricção e outros mecanismos dentro do disco gerar uma enorme energia (o que faz com que os gases se possa transformar num plasma) - na verdade elas convertem matéria de energia de forma mais eficiente do que os processos de fusão nuclear que poder estrelas. Como resultado, o disco brilha muito brightly, embora cerca de discos buracos negros irradiam principalmente raios-X, em vez de luz visível. Accretion discos não são prova da presença de buracos negros, porque outros maciça, ultra-denso objetos como neutrões estrelas anãs brancas e causar acreção discos para formar e comportar-se da mesma maneira do que os cerca de buracos negros

Ergosphere

Uma grande, ultra-denso rotativa massa cria um efeito chamado frame-arrastando, de modo que o espaço-tempo se arrasta em torno dele na direção da rotação.

Rotativa buracos negros têm um ergosphere, uma região delimitada por

No exterior, uma oblate esférica, o que coincide com o evento horizonte nos pólos e é visivelmente mais amplo em torno do "equador". Este limite é muitas vezes chamado a "ergosurface", mas é apenas um limite e não tem mais solidez do que o evento horizonte. Na pontos exatamente no ergosurface, o espaço-tempo se arrasta em torno à velocidade da luz. No interior, o exterior evento horizonte. Dentro do ergosphere, o espaço-tempo se arrasta em torno de mais rapidamente do que luz-geral relatividade proíbe objetos materiais para viajar mais rápido do que luz (o mesmo acontece com relatividade especial), mas permite que regiões do espaço-tempo para se deslocar mais rapidamente do que em relação a outras regiões luz do espaço - Tempo

Objetos e radiação (incluindo a luz)

pode permanecer em órbita dentro da ergosphere sem cair em direção ao centro. Mas eles não podem pairar (permanecer estacionário, como visto por um observador externo), porque isso iria obrigá-los a passar para trás mais rapidamente do que em relação à luz suas próprias regiões de espaço-tempo, que se movem mais rapidamente do que luz relativa a um observador externo.

Anel em forma de singularidade

Relatividade geral prevê que uma rotação buraco negro terá um anel singularidade que reside no plano do "equador" e tem zero largura e espessura-mas não se esqueça que mecânica quântica não permite que objetos de ter tamanho zero em qualquer dimensão (seu wavefunction deve Propagação), de modo geral da relatividade previsão é apenas a melhor idéia que temos até que alguém devises uma teoria que combina relatividade geral e da mecânica quântica.

Possibilidade de escapar de um buraco negro rotativo

Penrose diagramas de várias soluções Schwarzschild. O tempo é a dimensão vertical, o espaço é horizontal, e luz viaja em 45 ° ângulos. Caminhos inferior a 45 ° com a horizontal são proibidos pela relatividade especial, mas rotativa buracos negros para viajar para permitir futuras "universos" Kerr da solução para as equações da relatividade geral prevê que:

As propriedades do espaço-tempo entre os dois eventos horizontes permitir objetos para mover só para a singularidade. Mas as propriedades do espaço-tempo no interior evento horizonte permitir objetos que abandonar a singularidade, passar por um outro conjunto de interior e exterior evento horizontes, e emerge fora do buraco negro em um outro universo ou de outra parte deste universo sem viajar Mais rápido do que a velocidade da luz. Passando pelo anel moldada singularidade pode permitir a uma entrada negativa gravidade universo [13]. Se isto é verdade, rotativa buracos negros poderiam teoricamente fornecer os wormholes que muitas vezes aparecem na ficção científica. Infelizmente, não é provável que a rotação interna propriedades de um buraco negro são exatamente como descrito por Kerr da solução [14], e atualmente não é conhecido se as propriedades reais de um buraco negro rotativa proporcionariam uma rota similar escapar para um objeto através da Inner evento horizonte.

Mesmo que esta via é possível escapar, é improvável que seja útil, porque uma nave espacial que se seguiu esse caminho, provavelmente, ser distorcida por spaghettification irreconhecível