Eksplozje czarnych dziur

Krążyłem wokół YouTube i obserwowałem ten przyjemnie wyprodukowany film . Opisując w nim zachowanie czarnej dziury o masie amerykańskiego niklu, narrator mówi: „Jej 5 gramów masy zostanie zamienionych na 450 teradżuli energii, co doprowadzi do wybuchu około trzy razy większego niż bomby spadły na Hiroszimę i Nagasaki łącznie. ”

Ze wszystkich pokazanych tam zabawnych rzeczy, których nie udało mi się zrozumieć. Czy czarne dziury eksplodują po wypromieniowaniu całej swojej masy? Czy też „eksplozja” miałaby pochodzić z szybkiego tempa, w którym czarna dziura pochłania pobliską materię?

Googling, który zrobiłem do tej pory, nie dał jednoznacznej odpowiedzi. Najbliższe, jakie przyszedłem, to strona Wikipedii na temat Hawking Radiation , która stwierdza: „Dla czarnej dziury o jednej masie słonecznej uzyskujemy czas parowania wynoszący 2.098 × 10 ^ 67 lat - znacznie dłużej niż obecny wiek wszechświata przy 13,799 ± 0,021 x 10 ^ 9 lat. Ale dla czarnej dziury o masie 10 ^ 11 kg czas odparowania wynosi 2,667 miliardów lat. Dlatego niektórzy astronomowie szukają oznak eksplozji pierwotnych czarnych dziur. "

Niektóre inne strony internetowe odnoszą się do ostatniej „eksplozji” supermasywnej czarnej dziury Drogi Mlecznej sprzed około 2 milionów lat, ale czy to ta sama mechanika wspomniana na stronie Wikipedii? A może film na YouTube?

Z góry dziękuję. =)

black-hole explosion

— musasabi
źródło

Dla jasności „eksplozja” supermasywnej czarnej dziury to coś innego. To strumienie energii z spadającej materii. To nie jest faktyczna eksplozja czarnej dziury, ale materia w spiralę, robi się bardzo gorąca i uwalnia energię, zanim wpadnie do czarnej dziury.

— userLTK

Właśnie dlatego myślałem, że wideo prawdopodobnie nie odnosi się do „tarcia” lub zużytego materiału.

— musasabi

Odpowiedzi:

To, o czym mówi ten film, to Hawking Radiation, jak połączyłeś. Promieniowanie Hawkinga jest proponowanym hipotetycznym (w żadnym wypadku nie zweryfikowanym ani sprawdzonym) sposobem, w którym czarna dziura promieniuje swoją energią w przestrzeń kosmiczną. Podstawową ideą jest to, że czarna dziura jest niczym innym jak masą / energią skompresowaną do nieskończenie małego punktu, który promieniuje swoją energią w przestrzeń w czasie. W przypadku dużych czarnych dziur (takich jak masa słoneczna lub większa) ten proces promieniowania jest niewielki, a czas potrzebny do wycieku całej energii czarnej dziury w przestrzeń kosmiczną (a tym samym do „wyparowania” czarnej dziury) jest niezwykle długi. Jednak w przypadku małych czarnych dziur czas na promieniowanie całej energii czarnej dziury jest niezwykle krótki.

Możesz obliczyć, ile czasu zajmie wyparowanie czarnej dziury o masie (i uwolnienie całej jej masy / energii) za pomocą równania $m$

t_{ev} = \frac{5120 π {sol}^{2)} m^{3)}}{ℏ {do}^{4}} = (8.41 \times 10^{- 17} s {k sol}^{- 3)}) m^{3)}

$t_{\text{ev}} = \frac{5120\pi G^2 m^3}{\hbar c^4} = (8.41\times 10^{-17}\:\mathrm{s}\:\mathrm{kg}^{-3})\:m^3$

Dla , otrzymasz $m = 5\:\mathrm{g}=0.005\:\mathrm{kg}$ . Teraz oznacza to, że w tak krótkim czasie czarna dziura wypromieniuje całą swoją masę / energię i całkowicie wyparuje. Ale moc wyjściowa całej energii w 5 g masy jest ogromna. Wydobywanie 450 teradżuli energii w $t_{\text{ev}} \simeq 4\times10^{-19}\:\mathrm{s}$ to po prostu eksplozja. Możesz określić całkowitą moc wyjściową energii ze znanego równania $10^{-19}\:\mathrm{s}$

mi = m {do}^{2)}

$E=mc^2$

Wystarczy podłączyć i $m = 0.005\:\mathrm{kg}$ a otrzymasz $c = 3\times 10^8\:\mathrm{m/s}$ $E=4.5\times 10^{14}\:\mathrm{J} = 450\:\mathrm{Terajoules}$

Krótko mówiąc, hipotetyczne obliczenia (nawet teoria w tym momencie) sugerują, że mała czarna dziura o masie niklu natychmiast eksplodowałaby w ogromnej ilości energii. To, czy może powstać taka czarna dziura, czy też nastąpi takie parowanie, jest nadal wysoce dyskutowane i ostatecznie nieznane w tym momencie.

— zefir
źródło

To była genialnie zwięzła i kompletna odpowiedź. Dziękuję Ci! Poprawiono także literówki. =)

— musasabi,

@musasabi W rzeczywistości promieniowanie Hawkinga może nie być tak hipotetyczne. To właśnie w (francuski) : Badaczowi z Technion w Izraelu udało się wyprodukować „dźwiękową” wersję czarnej dziury w kondensacie Bosego-Einsteina i pokazał fale, które działały jak promieniowanie Hawkinga i zachowywały się zgodnie z oczekiwaniami, w tym wykazując kwant efekty.

— Iwillnotexist Idonotexist 15.08.16

@IwillnotexistIdonotexist To z pewnością ciekawa paralela. Muszę się zastanawiać, czy „soniczna” czarna dziura jest wystarczająco blisko prawdziwej czarnej dziury, tak że obserwowane „promieniowanie” jest wynikiem tej samej fizyki. Mimo to interesujące. Dzięki za udostępnienie!

— zephyr

Dla przypomnienia, czas parowania jest wielkością statystyczną. Jest to oczekiwana wartość losowego procesu. Zasadniczo istnieje niezerowe prawdopodobieństwo, że tak mała czarna dziura przetrwa miliardy lat. Jeśli ogromna ich liczba powstanie we wczesnym wszechświecie, możemy statystycznie oczekiwać, że będą miały miejsce „eksplozje”, ponieważ w końcu przestaną wygrywać w loterii przetrwania. O ile mi wiadomo, próby wykrycia takich zdarzeń nie powiodły się.

— zibadawa timmy

-1

Żadna czarna dziura nie może wybuchnąć, bez względu na rozmiar. Może promieniować energią poza horyzont zdarzeń, ale właściwa „eksplozja” energii z samej czarnej dziury musiałaby przekroczyć prędkość światła, co obecnie nie jest możliwe.

Ponadto, jeśli obiekt ma masę niklu, nie jest to czarna dziura. Mówiąc dokładniej, horyzont zdarzeń jest wystarczająco mały, aby zmieścić się na jego własnej powierzchni, co jest prawdziwe dla wszystkich masywnych obiektów, które nie są czarnymi dziurami. W rzeczywistości horyzont zdarzeń czegoś o masie niklu jest dosłownie niezmiernie mały (chociaż NIE istnieje). Nikle (i inne obiekty o podobnej masie) nie mają wystarczającej grawitacji, aby utworzyć czarną dziurę. Podejrzewam, że być może mylisz „masę” z „rozmiarem” ...?

Jeśli jednak istniałby proces, który mógłby zamienić masę niklu w energię, którą on ucieleśnia (na E = mc ^ 2), to tak, byłby to ogromna ilość energii. Jedynym znanym takim procesem byłoby posiadanie przedmiotu o połowie masy niklu, który oddziałuje (dotyka) na obiekt antymaterii o połowie masy niklu. Łączna masa dwóch obiektów sumowałaby masę niklu i uwalniałaby odpowiednią ilość czystej energii bez pozostałości masy.

— Malf
źródło

Jeśli istnieje promieniowanie Hawkinga, czarne dziury mogą uwalniać energię, mogą „eksplodować”. Chociaż nie jest znany mechanizm tworzenia czarnej dziury o masie niklu, nie ma powodu, dla którego taka czarna dziura nie mogła istnieć. Wahania czasoprzestrzeni we wczesnym wszechświecie mogły spowodować małe czarne dziury.

— James K

„horyzont zdarzeń jest wystarczająco mały, aby zmieścić się na jego własnej powierzchni” - powiedz mi, jak definiuje się powierzchnię czarnej dziury?

— user253751,

Myślałem, że horyzont zdarzeń to powierzchnia czarnej dziury?

— Wirtualna anomalia,

Pomimo tego, że potrzeba nawet czarnej dziury masy słonecznej do odparowania, wydaje mi się, że nie wyparowałby w materii liniowej. Gdy czarna dziura staje się mniej masywna, odparowuje szybciej, aż dojdzie do dziury wielkości niklu, która następnie wyparuje wystarczająco szybko, aby uznać ją za eksplozję.

— Howard Miller,

@JamesK „Chociaż nie ma znanego mechanizmu formowania czarnej dziury o masie niklu ...” Cóż, jeśli czarne dziury wyparują, to każda czarna dziura o masie większej niż nikiel stanie się czarną całością z masa niklu w pewnym momencie :)

— Jason Goemaat