Вселенная сегодня


Новости космоса и астрономии



Всемирное координированное время (UTC): Понедельник, 20.11.2017, 06:36

Вселенная Сегодня » 2016 » Сентябрь » 2 » Насколько холодны черные дыры?

02.09.2016
Насколько холодны черные дыры?
Автор: Fraser Cain



Как и у большинства галактик, сверхмассивная черная дыра лежит в сердце NGC 5548. Предоставлено: ESA/Hubble, NASA. Благодарность: Davide de Martin.

Сегодня у нас будет самый сюрреалистичный разговор. Я собираюсь попытаться объяснить, а вы будете пытаться понять. И только Стивен Хокинг собирается действительно, по-настоящему, понять то, что на самом деле происходит.

Но это нормально, я уверен, что он оценит наши слабые попытки охватить нашими мозгами эту умопомрачительную концепцию.

Все в порядке? Давайте, приступим. И снова черные дыры. Но в этот раз мы собираемся выяснить их температуру.

Сама идея, что черная дыра имеет температуру, напрягает воображение. Я имею в виду, как может что-то, что поглощает всю материю и энергию, падающую в нее, иметь температуру? Когда вы чувствуете тепло домашнего камина, вы в действительности чувствуете инфракрасные фотоны, излучаемые огнем и окружающие металл и камень.

А черные дыры поглощают всю энергию, падающую в них. Нет абсолютно никакого инфракрасного излучения, исходящего от черной дыры. Нет гамма-излучения, нет радиоволн. Ничего не выходит.


Насколько холодные черные дыры?

Итак, сверхмассивный черные дыры могут сиять энергией миллиардов звезд, когда они стали квазарами. Когда они активно питаются звездами и облаками газа и пыли. Это вещество накапливается в аккреционном диске вокруг черной дыры с такой плотностью, что она действует как ядро звезды, подвергающейся ядерному синтезу.

Но это не та температура, о которой мы говорим. Мы говорим о температуре горизонта событий черной дыры, когда она не поглощает совсем никакого вещества.

Температура черной дыры связана с целой концепцией излучения Хокинга. Идея в том, что на протяжении длительных периодов времени черные дыры будут генерировать виртуальные частицы прямо на краю их горизонтов событий. Наиболее распространенный вид частиц - это фотоны, они же свет, они же тепло.

Обычно эти виртуальные частицы способны рекомбинировать и исчезать при аннигиляции также быстро, как и появляться. Но когда пара этих виртуальных частиц появляется прямо у горизонта событий, одна половина пары падает в черную дыру, а другая свободно убегает в космос.

С вашей точки зрения как стороннего наблюдателя, вы видите эти частицы, убегающие из черной дыры. Вы видите фотоны, и поэтому вы можете измерить температуру черной дыры.


Художественная концепция черной дыры в центре галактики Вертушка. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech.

Температура черной дыры обратно пропорциональна массе черной дыры и размеру горизонта событий. Подумайте об этом так. Представьте кривую поверхность горизонта событий черной дыры. Существует много путей, которыми фотон может выбраться из горизонта событий, и подавляющее большинство их - это траектории, что вернут его обратно в гравитационный колодец черной дыры.

Но в редких случаях, когда фотон движется идеально перпендикулярно горизонту событий, фотон имеет шанс убежать. Чем больше горизонт событий, тем меньше существует траекторий, которые фотон мог бы занять.

Поскольку энергия высвобождается во Вселенную у горизонта событий черной дыры, а энергия не может быть создана либо уничтожена, сама черная дыра поставляет массу, обеспечивающую энергию для освобождения этих фотонов.

Черная дыра испаряется.

Самые массивные черные дыры во Вселенной, сверхмассивный черные дыры в миллионы масс Солнца, будут иметь температуру 1,4х10-14 кельвин. Что низко. Почти абсолютный ноль, но не совсем.


Художественная иллюстрация кормящейся черной дыры звездной массы. Предоставлено: NASA, ESA, Martin Kornmesser (ESA/Hubble).

Черная дыра солнечной массы может иметь температуру всего 0,00000006 кельвин. Нам становится теплее.

Так как эти температуры значительно ниже температуры фона Вселенной - около 2,7 кельвин, все существующие черные дыры будут иметь общее увеличение массы. Они впитывают энергию из реликтового излучения (космического микроволнового фонового излучения) быстрее, чем испаряются, и будут жить непостижимое количество времени в будущем.

Пока температура Вселенной не упадет ниже температуры этих черных дыр, они не начнут испаряться.

Черная дыра с массой Земли по-прежнему слишком холодна.

Только черная дыра с массой Луны достаточно теплая для того, чтобы испаряться быстрее, чем она поглощает энергию из Вселенной.

Поскольку они становятся менее массивными, они становятся еще жарче. Черная дыра с массой астероида Церера была бы 122 кельвин. Еще холодно, но уже теплее.

Черная дыра в половину массы Весты будет полыхать в более 1200 кельвин.

Меньше масса, выше температура.

Когда черные дыры потеряли большую часть своей массы, они испускают конечное вещество в сильнейшем взрыве энергии, который должен быть виден в телескопы.


Художественная иллюстрация горизонта событий черной дыры. Предоставлено: Victor de Schwanberg/Science Photo Library.

Некоторые астрономы активно ищут на ночном небе взрывы черных дыр, которые образовались вскоре после Большого Взрыва, когда Вселенная была горячей и плотной достаточно для того, чтобы черные дыры могли сразу образоваться.

Им потребовались бы миллиарды лет испарения, чтобы дойти до такой степени, когда они начинают взрываться.

Это просто предположение, так как никаких взрывов еще пока не было связано с первичными черными дырами.

Довольно странно думать, что объект, поглощающий всю энергию, что в него попадает, может и излучать энергию. Итак, вот Вселенная для вас. Спасибо, что помогаете нам разобраться доктор Хокинг.


Название прочитанной вами статьи "Насколько холодны черные дыры?".

Похожие статьи:
Категория: Космический справочник | Просмотров: 915 | Теги: температура, черные дыры | Рейтинг: 0.0/0
Читайте также:
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]