Dinámica de los materiales de los agujeros negros
¿Qué tipo de agujero se puede considerar un agujero negro?
Si consulta el diccionario de términos astronómicos, seguramente sabrá que los agujeros negros son objetos celestes predichos por la relatividad general, pero luego se confirmó su existencia. La primera fotografía tomada por humanos se publicó en abril de 2019. ! Pero para ser más precisos, en 1891, mucho antes de que Einstein publicara su teoría general de la relatividad, los astrónomos fotografiaron la galaxia anfitriona OJ 287, que luego se confirmó que era un agujero negro gigante.
Este agujero negro, que se encuentra a 3.500 millones de años luz de nosotros, es girado alrededor de él por otro agujero negro. Cada vez que pasa por el disco de acreción, provocará cambios drásticos en la luminosidad. Se trata de un cuásar que inicialmente fue considerado una estrella variable y luego fue clasificado como un objeto con forma de BL en la constelación de Escorpio. Por supuesto, no vamos a decir tonterías sobre el DO 287, no lo sabíamos al principio. Echemos un vistazo más de cerca:
¿De dónde vienen los agujeros negros?
Cuando la masa de un cuerpo celeste excede su propio límite de soporte gravitacional, colapsará en una singularidad. Schwarzschild ya ha calculado la magnitud del colapso de un cuerpo celeste. Es decir, cuando el diámetro de un cuerpo celeste es lo suficientemente pequeño como para abarcar la velocidad de la luz sin caerse de la superficie, inevitablemente se formará un agujero negro. La métrica no es una condición natural para que un cuerpo celeste forme un agujero negro ¡sino condiciones artificiales!
La verdadera condición natural es el límite de "Oppenheimer", es decir, la masa de un cuerpo celeste cuando supera el límite de soporte gravitacional, que es unas 3,2 veces la masa del sol. Por supuesto, esto no significa que una estrella con una masa superior a 3,2 veces la del Sol dará lugar a un agujero negro, sino que un cuerpo celeste sin presión de radiación, como una estrella de neutrones, puede colapsar directamente en un agujero negro al ¡su propio peso!
Todos los agujeros negros estelares se forman en explosiones de supernovas, pero esta no es una condición necesaria.
Proceso de formación de agujeros negros
A continuación se habla brevemente sobre la formación de agujeros negros estelares. En la etapa de secuencia principal, la estrella tiene una fuerte presión de radiación, que soporta la gravedad de la capa, por lo que es pacífica. Cuando el combustible del núcleo se agote y ya no pueda soportar la capa exterior, el núcleo alcanzará el límite de degeneración electrónica y colapsará formando una enana blanca. Si la masa es lo suficientemente grande, alcanzará el límite de degeneración de neutrones y colapsará formando una estrella de neutrones. Si se excede la degeneración de los neutrones, el centro es un agujero negro.
Además de los agujeros negros estelares, también existen agujeros negros primordiales, que son causados directamente por el colapso de la densidad de masa inicial de BIGBANG. Parece que no existe una tercera forma de crear un agujero negro, pero los agujeros negros pueden fusionarse en agujeros negros supermasivos.
¿Cómo describir un agujero negro?
Un agujero negro no es un agujero, es un espacio con gravedad extremadamente distorsionada en un espacio tridimensional. Por lo tanto, si quieres representar un agujero negro en un plano bidimensional, utiliza un agujero. representarlo es sin duda lo más adecuado, ¡porque el público puede entenderlo directamente!
Sin embargo, un agujero negro real debe representarse mediante un diagrama tridimensional o dinámico; de lo contrario, puede haber desviaciones en la comprensión. Por ejemplo, el siguiente estereograma de malla puede identificar intuitivamente el espacio tridimensional:
Entonces, ¡llamarlo agujero negro es lo más apropiado y lo menos apropiado!
¿Cómo observamos los agujeros negros?
La gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar, por lo que no podemos ver los agujeros negros directamente desde la banda de luz visible. Sin embargo, las propiedades superdestructivas de los agujeros negros aún pueden permitir a los astrónomos descubrir quién es el culpable. ¡Es la gravedad lo que todos no pueden ver!
Disco de acreción del agujero negro
Debido a la supergravedad del agujero negro, se formará un enorme disco de acreción de polvo a menos que no haya nada a su alrededor, así que basta con observar la enorme acreción a su alrededor. ¡Solo colócalo!
Por supuesto, habrá discos de acreción alrededor de las enanas blancas y las estrellas de neutrones, pero teóricamente el gradiente gravitacional del agujero negro hará que la enana blanca y la estrella de neutrones exploten gradualmente, por lo que las bandas de ondas electromagnéticas emitidas por Los dos son diferentes debido a la compresión del disco de acumulación. En comparación, los rayos X de los agujeros negros son más fuertes, por lo que el telescopio de rayos X duro Chandra puede, en principio, detectar agujeros negros. Los rayos X duros son rayos X con mayor energía y longitud de onda más corta.
Así se descubrieron el primer agujero negro Cygnus X-1 y el agujero negro con núcleo de plata Sgr A*. En 2013, también se formaron llamaradas de rayos X cuando el agujero negro con núcleo de plata engulló materia. ¡observado!
Muchas fuentes de rayos X cercanas al centro galáctico descubiertas por el Telescopio Espacial de Rayos X Chandra.
Chorros relativistas
Esta es otra característica de los agujeros negros con discos de acreción. Se estima que nos resultará difícil detectar la débil radiación emitida por el disco de acreción de un agujero negro distante, a menos que el chorro relativista apunte a la Tierra.
Los chorros relativistas son el campo magnético en la superficie del disco de acreción de la estrella central que gira y se lanza hacia afuera en la dirección del eje de rotación de la estrella. Generalmente, se formarán chorros que emiten hacia afuera en ambos lados del disco de acreción. Si la dirección del chorro es hacia la Tierra, se puede observar una poderosa radiación.
Avión a reacción M87
Por ejemplo, el agujero negro en el centro de la galaxia M87 fue fotografiado en abril de 2019. Hay un famoso avión relativista, que es incluso más famoso que el En muchas fotos de M87 se puede ver vagamente en . Compuestos por electrones, positrones y protones, estos chorros se encuentran entre los objetos más rápidos del universo, pero sus orígenes exactos aún son muy debatidos.
Lente gravitacional
La lente gravitacional es en realidad el producto de la curvatura de la luz predicha por Guangzhong, que formará un efecto similar a una lente y magnificará los objetos celestes detrás del agujero negro. Por supuesto, es muy difícil detectar los agujeros negros de esta manera, porque no hay muchas oportunidades cuando un agujero negro pasa por el cuerpo celeste detrás de él y su estructura es demasiado pequeña, por lo que el efecto es muy insignificante.
El interesante fenómeno de un agujero negro que pasa a través de la Vía Láctea como fondo es el efecto de lente gravitacional.
Pero el efecto de lente de toda la galaxia será más fuerte, y desde el descubrimiento de la primera lente gravitacional, los astrónomos han descubierto una gran cantidad de efectos de lente gravitacional en el universo, ¡y hay muchos tipos!
Datos de imagen de 21 candidatos a lentes de supergravedad obtenidos por el Telescopio Espacial Hubble.
Ondas de gravedad
Las ondas gravitacionales son ondas en el espacio-tiempo causadas por cambios en la masa. Las fusiones de agujeros negros o fusiones de estrellas de neutrones pueden producir ondas gravitacionales, pero se utilizan para observar la existencia. de agujeros negros o el acantilado de un único agujero negro es extremadamente difícil, pero ¿quién puede garantizar que la tecnología futura alcance este nivel? Después de todo, el movimiento de masas también puede producir ondas gravitacionales, ¡pero ahora nos resulta difícil observarlas!
Radiación de Hawking
La radiación de Hawking solo se puede llamar jaja. Es un tipo de radiación térmica emitida por agujeros negros basada en la teoría del efecto cuántico. ¿El físico Steven? Hawking propuso este concepto en 1974. En junio de 2008, la NASA lanzó el satélite GLAST, diseñado específicamente para buscar agujeros negros en evaporación. rayos, pero hasta ahora la radiación de Hawking no ha sido verificada.
Así que eso es todo por ahora, ¿vale? ¿directo? La primera forma de ver un agujero negro es detectar la radiación de rayos X y los chorros relativistas debido a los dos efectos producidos por el disco de acreción. Sin embargo, para la mayoría de los agujeros negros, los chorros relativistas no son tan potentes, por lo que la radiación de rayos X sí lo es. principalmente detectado, complementado con perturbaciones de cuerpos celestes cercanos.