Gdy czarne dziury stają się niestabilne?

Istnieje kilka sposobów, aby utworzyć czarną dziurę, od upadku jądra supernowej do korespondencji seryjnej gwiazdy neutronowe z upadku ogromnej ilości substancji. Jeśli wziąć dolna granica, czarne dziury mogą mieć 2,5 — 3 masy Słońca, ale na górnym przedziale czarne dziury istnieją one mogą przekraczać masę 10 miliardów słonecznych. Są one zwykle znajdują się w centrach galaktyk. Na ile są stabilne? Jaka czarna dziura zabraknie pierwszej: duża i прожорливая lub mała?

Czy Istnieje krytyczny rozmiar dla stabilności czarnej dziury? Czarna dziura o masie 10¹² kilogramów może być stabilny kilka miliardów lat. Ale czarna dziura w zakresie masy 10⁵ może wybuchnąć za chwilę i na pewno nie będzie stabilny. Gdzie jest złoty środek, w którym przepływ materii wynosi promieniowanie Hawkinga?

Stabilność czarnych dziur

Pierwsze od czego trzeba zacząć, to stabilność najniższej czarnej dziury. U każdego innego obiektu we Wszechświecie, астрофизического lub innego, istnieją siły, które go razem przeciwko Wszechświata, który próbuje go złamać. Atom wodoru jest mocną strukturę; jedyny uv foton może zniszczyć jej, ионизировав elektron. Dla zniszczenia jądra atomowego potrzebujesz więcej высокоэнергетическая cząstka w rodzaju kosmicznego promienia, szybkiego protonu lub gamma-promieniowanie fotonów.

Ale u dużych struktur jak planet, gwiazd czy nawet galaktyk, siły grawitacyjne, które powstrzymują ich, są ogromne. Zwykle do zerwania taka мегаструктуры potrzebna albo термоядерная reakcja, albo bardzo silny wpływ grawitacji z zewnątrz — na przykład, od przechodzącej obok gwiazdy czarnej dziury, lub galaktyki.

W przypadku czarnych dziur, jednak wszystko jest nie tak. Masa czarnej dziury, zamiast leżeć na objętości, kurczy się w osobliwość. U невращающейся czarnej dziury, to jeden punkt zero wymiaru. U obracającej się czarnej dziury jest niewiele lepiej: nieskończenie subtelny, одномерное pierścień.

Ponadto, wszystkie materiały z masy-energii w czarnej dziurze znajduje się w pobliżu horyzontu zdarzeń. Czarne dziury — to jedyne obiekty we Wszechświecie, u których istnieje horyzont zdarzeń: granica, łamiąc której nie można powrócić. Tam jest żadny przyspieszenie, a to oznacza, że żadna siła nie jest w stanie wyciągnąć materię, masę lub energię z horyzontu zdarzeń za jego granice.

To może oznaczać, że czarne dziury powstały w jakikolwiek sposób z możliwych, może tylko rosnąć i nigdy nie zostaną zniszczone. I rosną nieubłaganie i nieprzerwanie. Obserwujemy różne zjawiska we Wszechświecie, takie jak:

• kwazary;
• блазары;
• aktywne jądra galaktyk;
• микроквазары;
• gwiazdy, nie emituje żadnego światła;
• rentgenowskie i радиовсплески z galaktycznych wielu;

Które prowadzą nas do czarnej ozonową. Ocenia ich masy, staramy się poznać i fizyczne wymiary ich horyzontów zdarzeń. Wszystko, co spotyka się z nim, przecina go lub nawet obraźliwe, nieuchronnie wpadnie do środka. I następnie, dzięki zachowaniu energii, wzrost i masa czarnej dziury.

Ten proces dzieje się z każdym czarną dziurą, znanej nam. Materiał z innych gwiazd, kosmiczny pył, te ... substancja, gazowe chmury, a nawet promieniowanie i neutrino, pozostałe od Wielkiego Wybuchu — wszystkie wysyłane tam. Każda materia, zderzając się z czarną dziurą, zwiększa jej masę. Wzrost czarnych dziur zależy od gęstości materii i energii, otaczającego czarną dziurę; potwór w centrum naszej Drogi Mlecznej rośnie na prędkości 1 słoneczna masa 3000 lat; czarna dziura w centrum galaktyki Sombrero rośnie na prędkości 1 słoneczna masa do 20 lat.

Im większe i cięższe twoja czarna dziura, średnio, tym szybciej rośnie, w zależności od spotykanego materiału. Z czasem tempo jej wzrostu spowolnienie, ale ponieważ Wszechświat ma tylko około 13,8 mld lat, czarne dziury pięknie rosną.

Z drugiej strony, czarne dziury nie tylko rosną z wiekiem; jest również proces ich parowania: promieniowanie Hawkinga. Wynika to z faktu, że przestrzeń jest silnie zakrzywiona w pobliżu horyzontu zdarzeń, ale prostuje po usunięciu. Jeśli znajdować się w dużej odległości, można zobaczyć niewielkie promieniowanie, испускаемое z krzywej obszarze w pobliżu horyzontu zdarzeń, związanych z tym, że kwantowy próżnia ma różne właściwości w różnych zakrzywionych obszarów przestrzeni.

Rezultatem jest to, że czarne dziury emitują promieniowanie ciała doskonale czarnego (głównie w postaci fotonów) we wszystkich kierunkach wokół siebie, w zakresie przestrzeni, który głównie zawiera około dziesięciu promienia Schwarzschilda w miejscu czarnej dziury. I może się to wydawać dziwne, ale im mniejsza czarna dziura, tym szybciej paruje.

Promieniowanie Hawkinga — bardzo powolny proces, w którym czarna dziura o masie naszego Słońca zniknie za 10⁶⁴ lat; dziura w centrum naszej Drogi Mlecznej — przez 10⁸⁷ lat, a najbardziej masywne we Wszechświecie — przez 10¹⁰⁰ lat. Aby obliczyć czas odparowania czarnej dziury prosty wzór, trzeba wziąć ramy czasowe naszego Słońca i pomnożyć przez (masa czarnej dziury/masa Słońca)³.

Z czego wynika, że czarna dziura o masie Ziemi będzie żyć 10⁴⁷ lat; czarna dziura o masie Wielkiej piramidy w Gizie (6 mln ton) — około tysiąca lat; z masą Empire State Building — około miesiąca; z masą zwykłego człowieka — пикосекунду. Im mniejsza masa, tym szybciej paruje czarna dziura.

O Ile nam wiadomo, mogła zawierać czarne dziury nie do pomyślenia w różnych rozmiarach. Gdyby byławypełnione lekkimi czarnymi dziurami — do miliarda ton — wszyscy oni wyparowali do dnia dzisiejszego Nie ma żadnych danych o tym, że istnieją czarne dziury o masie pomiędzy tymi płucami i tych, które rodzą się w procesie fuzji gwiazdy neutronowe — w teorii, mają masę 2,5 słonecznych. Powyżej tych limitów rentgenowskie badania wskazują na istnienie czarnych dziur w przedziale 10-20 mas słońca; LIGO pokazała czarną dziurę od 8 do 62 mas słońca; także znaleźć czarne dziury istnieją one wszędzie we Wszechświecie.

Dzisiaj wszystkie istniejące czarne dziury zyskują materię szybciej, niż tracą na skutek promieniowania Hawkinga. Czarna dziura masy słonecznej traci około 10^-28 J energii na sekundę. Ale jeśli wziąć pod uwagę, że:

• nawet u jednego fotonu relikt promieniowania milion razy więcej energii;
• 411 takich fotonów na centymetr sześcienny przestrzeni pozostało po Wielkim Wybuchu;
• poruszają się z prędkością światła, zderzając się 10 bilionów razy na sekundę w każdym centymetr sześcienny;

Nawet izolowany czarna dziura w głębi międzygalaktycznej przestrzeni będzie czekać, aż Wszechświat nie dojrzałą do 10²⁰ lat — miliard razy więcej jej obecnego wieku — zanim szybkość wzrostu czarnej dziury spadnie poniżej tempa promieniowania Hawkinga.

Ale zagrajmy w grę. Załóżmy, że mieszkasz w przestrzeni międzygalaktycznej, z dala od zwykłej materii i ciemnej materii, z dala od wszystkich promieni kosmicznych, gwiezdnej promieniowania i neutrino, i pozostały tylko fotony od Wielkiego Wybuchu, z którym można pogadać. Jak wielki musi być twój czarna dziura, aby szybkość parowania (promieniowanie Hawkinga) i absorpcji fotonów swoją czarną dziurą (wzrost) уравновесили siebie?

Odpowiedź uzyskuje się w okolicy 10²³ kg, czyli mniej więcej od masy planety Merkury. Gdyby Merkury był czarną dziurą, byłby полмиллиметра średnicy i odrzucał bym się w odległości około 100 bilionów razy szybciej niż czarna dziura masy słonecznej. Właśnie z taką masą w naszym Wszechświecie czarna dziura pochłaniała tyle samo promieniowania mikrofalowego, ile straciłam w procesie promieniowania Hawkinga.

Ale jeśli potrzebujesz realistyczna czarna dziura, nie można izolować ją od pozostałej materii we Wszechświecie. Czarne dziury, nawet będąc zużytych z galaktyk, jeszcze przelatują przez międzygalaktycznej środę, zderzając się z promieniami kosmicznymi, światłem gwiazd, neutrino, ciemną materią i różnego rodzaju cząstek masywnych i безмассовыми. Kosmiczny kuchenka mikrofalowa tło nie można uniknąć, gdziekolwiek się udacie. Czarne dziury stale pochłaniają materię i energię i rosną w masie i rozmiarach. Tak, są one również emitują energię, ale aby wszystkie istniejące w naszym Wszechświecie czarne dziury zaczęły się rozładowuje się szybciej, niż rosną, musi przejść około 100 квинтиллионов lat.

A na ostateczne odparowanie odejdzie jeszcze więcej.

Czarne dziury przetrwają wszystkich, zgadza się? Powiedz w naszej