Astronomiya

Qara dəliklər termal radiasiya yaradır?

Qara dəliklər termal radiasiya yaradır?

Qara dəliklər, nəzəri əsaslarla gözlənildiyi kimi istilik radiasiyası yaradır? Bu şüalanma, daxili quruluşu haqqında, ölçmə-cazibə ikiqatlığının təklif etdiyi kimi bir məlumat içərirmi, yoxsa Hawking-in ilkin hesablamasından bəhs edir? Əks təqdirdə, qara dəliklər buxarlana bilər, onda saxlanılan məlumatlar nə olur (kvant mexanikası məlumatların məhv edilməsini təmin etmir)? Yoxsa radiasiya bir anda qara dəlik qalıqları qoyub dayanır? Belə bir quruluş olsa belə daxili quruluşlarını araşdırmağın başqa bir yolu varmı?


Hokinq şüalanması qara dəliklərin yaydığı qara cisim şüalanmasıdır. Yaxşı qurulmuş bir nəzəri nəticədir, lakin heç vaxt müşahidə olunmayıb. Hal-hazırda bilinən bütün astrofizik qara dəliklər üçün tamamilə əhəmiyyətsiz olacaq və heç vaxt müşahidə olunmayacaqdır. Bunun səbəbi qara cismin ekvivalent temperaturunun e qara dəliyin kütləsi ilə tərs mütənasib olmasıdır. Hal-hazırda bilinən bütün qara dəliklər üçün temperatur mütləq sıfırdan bir dərəcənin kiçik bir hissəsi olacaqdır.

Kvant mexanikası fizikaya ehtimalçı bir yanaşmadır və hər cür ehtimal və qeyri-müəyyənliklərlə məşğul olur. (Δt) (ΔE) ≥ ℏ / 2 tərəfindən verilən vaxt və enerjinin belə bir qeyri-müəyyənliyi var.

Eksperimental olaraq təsdiqlənmiş proqnozlarından biri də, bir hissəcikin enerjini "heçdən" ala biləcəyi və enerjinin (Δt) verdiyi bir müddətdə "qayıtması" halında kütlə enerjisinin Qoruma Qanununu pozmamasıdır. ) ≥ ℏ / (2E).

Bunun bir çox nəticələrindən biri də təsadüfi vakuum dalğalanmalarının hər yerdə daim baş verməsi, yəni müəyyən bir kosmik bölgədə heç bir şey olmadığı və ya tamamilə vakum olduğu halda, E-t qeyri-müəyyənliyi səbəbiylə davamlı olaraq hissəciklər yarada və məhv edə bilər.

sürətli yönləndirmə

Belə bir dalğalanma bir hissəcik və onun əks hissəciklərinin qara dəliyin hadisə üfüqünün kənarında əmələ gəlməsinə səbəb olduqda, ikisindən biri qara dəliyə girər, digəri qaçar. İndi enerjini sistemə qaytarmaq üçün hissəcik anti-hissəciklə toqquşmağa və "məhv olmağa" və kütlənin enerjiyə çevrilməsinə əsaslanır. Təsvir etdiyim ssenaridə, bu cüt hissəciklər sonsuza qədər təsirli şəkildə ayrıldığından bu heç vaxt ola bilməz. Hadisələr üfüqünə daxil olan hissəcik sonsuz potensial cazibə quyusuna düşmüşdür, buna görə də mənfi enerjiyə sahib olduğunu düşünmək olar. Beləliklə intuitiv olaraq (gözləyin, bütün bunların hansı hissəsi intuitivdir!), Kənarda qalan hissəcik qara dəlikdən bir qədər enerjini alır (beləliklə kütlə enerjisini qoruyaraq) “klassik” fotona çevrilir və qaçır. qara dəliyin yaxınlığı.

Beləliklə, bu cür hadisələr yavaş-yavaş bir qara dəliyin effektiv şəkildə “buxarlanmasına” və azalmasına səbəb olur.

Qara dəlikə girən məlumatla baş verənlərin mübahisə mövzusu olması ilə əlaqəli paradoks. Heç kim bu Qara Delik Məlumat Paradoksunun necə həll ediləcəyini dəqiq bilmir, lakin Firewall nəzəriyyəsi və Ads / CFT-ni ehtiva edən müəyyən fərziyyələr Kip Thorne və Stephen Hawking tərəfindən təmin edilir.


Qara dəliklər termal radiasiya yaradır? - Astronomiya

Mənim adım Ryan və bu sual üzərində çoxdan düşündüm, amma kosmik fizikada məhdud bir məlumatım var. Qara dəlik hansı enerji növünü istehsal edir (elektrik, istilik və s.)?

Qara dəlikləri aşkar edə biləcəyimiz yeganə yol, cazibə kütlələrinin hadisə üfüqü xaricindəki cisimlərə təsirindən keçir. Bu obyektlər qızdırıldıqları və yayıldıqları potensial quyuya düşdükləri üçün qara dəlikdən enerji qazana bilərlər (tez-tez spektrin rentgen bölgəsində). Deməli, qara dəliklər kütlələrindən cazibə enerjisinə sahibdirlər. Qara dəliyin yükü də ola bilər, amma bu, kainatda nadir hallarda neytraldır. Bir çox qara dəlik yəqin ki fırlanır və bunlar da fırlanma enerjisinə malikdir.

Bu səhifə son dəfə 27 iyun 2015-ci ildə yeniləndi

Müəllif haqqında

Karen Masters

Karen 2000-2005-ci illərdə Cornell-də aspirant idi. Harvard Universitetində qalaktika redshift araşdırmalarında bir tədqiqatçı olaraq işə başladı və indi vətəni İngiltərədəki Portsmouth Universitetinin fakültəsindədir. Son vaxtlar apardığı tədqiqatlar, qalaktikaların meydana gəlməsinə və təkamülünə dair ipuçları vermək üçün morfologiyasından istifadə etməyə yönəlmişdir. Galaxy Zoo layihəsi üçün Project Scientist'dir.


Termal və Qeyri-Termal Radiasiya

& quotİşıq & quot və ya elektromaqnit şüalanma iki böyük qrupa bölünə bilər: & kvotermal & quot və & quotnterhermal & quot; şüalanma. Kainatın kiçik küncündə yer üzündə kosmosda görünən bir çox obyekt var. Görə bilərik: günəşimiz, ayımız, günəş sistemimizdəki planetlər, kometalar, ulduzlararası qaz və toz, Samanyolu Qalaktikamızdakı ulduzlar, digər qalaktikalar, ağ cırtdan ulduzlar, neytron ulduzlar, novalar, supernovalar, pulsarlar, radio qalaktikalar, Seyfert qalaktikalarımız. , BL Lacertae obyektləri, kvazarlar, (ehtimal ki) qara dəliklər, Gamma Ray Bursts (GRBs) və bir çox başqa obyekt.
Bu cisimləri yalnız bizə kosmosdan göndərdikləri işığa görə (ya da bəzi hallarda işığı necə blokladıqlarına görə) görə & quotese & quot; bu işığı spektrlərinə baxaraq analiz etmək olar. Bu prosesə spektroskopiya deyilir.
Günəşimiz və ulduzların əksəriyyəti kimi ümumi obyektlərdən ən çox işığa & kvottermal deyilir. & Quot; Normal bir gün ərzində gördüyünüz işığın hamısını bir yerə yığarsanız və sonra termiklə qeyri-istiliklə - təxminən 100 yüzdə 100 olmasa da yüzdə 100 termal radiasiya olardı. Ümumiyyətlə termal radiasiya çox yaxşı başa düşülür və atomların ətrafındakı orbital qabıqlarında mövqelərini dəyişdirən elektronlar tərəfindən istehsal olunur.
Termal işıq, müəyyən bir dalğa uzunluğuna və fasiləsiz bir spektrə malik olaraq göstərilə bilən tezliklərə sahib olaraq təsnif edilir. Bu spektrin cədvəli xüsusi bir forma malikdir və & quotb qara bədən radiasiyası & quot və ya & kvotermal şüalanma olaraq adlandırılır. & Quot;

Blackbody Radiasiya

Əslində qara cisim şüası yaradan cisimlərdən yaranan işıq atomlardakı elektronlardan gəlir. Elektronlar atomda bir yörüngədən digərinə keçdikdə foton istehsal edirlər. Bu proses elm adamları tərəfindən çox yaxşı başa düşülür. Kvant fizikasının inkişafına elm adamlarının Blackbody Radiation izah etmək səyləri nəticəsində başladı.

Qeyri-Termal Radiasiya

Məkandakı daha qeyri-adi cisimlərdən bəziləri: supernovalar, pulsarlar, radio qalaktikaları, Seyfert qalaktikaları, BL Lacertae cisimləri, GRB və digərləri, çox sayda foton istehsal edə bilirlər. yox "qara cisim şüalanması" və ya "kvotermal şüalanma" kimi təsvir olunsun. "Bu fotonlar demək olar ki, şübhəsizdir edilməmişdir elektronlar öz orbitlərini dəyişdirərək. Bu müddətdir yox elm adamları tərəfindən yaxşı başa düşülür və bilinənlər natamam ola bilər.
Alimlər qeyri-termal radiasiya yaratmaq üçün istifadə edilə bilən iki texnikanı bilirlər: Sinxrotron Prosesi və Tərs Kompton Prosesi. Top-of-Light Particle Model, qeyri-termal radiasiya yarada bilən yeni - üçüncü bir prosesi təsvir edir. Bu hissəcik modeli & quotelementary & quot hissəciklərini: dayanan, elektrik, maqnit və cazibə sahələrinin sferik dalğaları - mahiyyət etibarilə işıq topları kimi təsvir edir. Bu hissəcik modelinə görə, bu & quotelementary & quot hissəcikləri çürüdükdə, qeyri-istilik şüalanma meydana gətirir. İşıq Topu Parçacıq Modeli, eyni zamanda, bir işıq topunun səthindəki elektromaqnit sahələri ilə qeyri-istilik radiasiyanın meydana gələ biləcəyini proqnozlaşdırır.
Xülasə edək: termal radiasiya yalnız atomlar daxilində hərəkət edən elektronlardan gəlir, qeyri-istilik radiasiya istənilən səthdən və ya bir işıq topunun çürüməsindən qaynaqlanır.
Anlamaq vacibdir, Light-of-Particle Modelində & quotelementary & quot hissəcikləri mütləq kiçik deyil. Nəzəri olaraq, belə bir hissəcik ölçüsünün yeganə həddi kainatdakı bütün enerjini əhatə edir. Daha açıq şəkildə desək, bu gün kainatı əhatə edən bütün enerjinin cəmi, qeyri-termal şüalanma yaradan cisimlərin (məsələn, kvazerin) nüvələri - son dərəcə böyük & quototementary & quot hissəcikləri kimi mövcud ola bilər, lakin yenə də çox böyük & quototementary & quot; hissəciklər. Digər nümunələrə nüvələr daxildir: bütün ulduzlar, ağ cırtdan ulduzlar, neytron ulduzlar, novalar, supernovalar, pulsarlar, radio qalaktikalar, Seyfert qalaktikaları, BL Lacertae cisimləri, qara dəliklər və GRB.

Light-Ball Particle Model, günəşimizin özəyini proqnozlaşdırır və & quotnormal & quot; ulduzlarının nüvələri eyni plazma yığıncağı və ya & quotdegenerate & quot maddəsi deyilən bir şeydən daha çox tək, iri, elementar hissəciklərdir.
Bu nəzəriyyəni sübut etmək və ya təkzib etmək nisbətən asan olmalıdır. Yerdəki bir laboratoriyada vakuumda elektrik, maqnit və cazibə enerjisi sferik dalğaları yaratmaq, sonra bu hissəciklərin çürüməsini izləmək və spektrlərini analiz edərək istilik və ya qeyri-termal şüalanma verdiyini öyrənmək mümkün olmalıdır. Çürüyən bir işıq topu qeyri-termal radiasiya verirsə, bu, İşıq Topu Parçacıq Modelini dəstəkləyər.
Enerji burada izah edildiyi şəkildə dayanıqlı dalğalar meydana gətirə bilərsə, bu yeni, daha elementar metod, qeyri-termal radiasiya istehsalının fizika, astrofizika və astronomiya üçün böyük təsirləri olmalıdır.

Sinxrotron Radiasiya

Elektronlar bir maqnit sahəsində sürətləndikdə və ya yavaşladıqda, sinxrotron şüalanma olaraq bilinən şüalanma verirlər - yavaşladıqda bəzən əyləc şüalanması və ya & quotBremsstrahlung & quot şüalanması deyilir.

Pulsarlardan Sinxrotron Radiasiya?

Pulsarlar öz radiasiyalarını sinxrotron üsulu ilə yaradırlarsa, pulsarın kütləvi bir maqnit sahəsinə və milyardlarla il davam edən çox yüksək enerji elektronlarına davamlı bir təchizatı lazım olardı. Məkanda bu qeyri-adi şərtlərin yerinə yetirildiyi bir vəziyyət yaratmaq mümkün ola bilər. Bununla birlikdə, kainat boyunca yayılan pulsarlar var və olduqca yaygındır. Bu cür qeyri-adi bir prosesin açıq-aşkar ortaq bir obyekt üçün enerji mənbəyi olacağı ehtimalı yoxdur.

İşıq Topu Parçacıq Modeli, pulsarların kütləvi bir elektromaqnit dalğasına sahib olan işıq topları olduğunu təxmin edir. Sinxrotron üsulu ilə radiasiya etmədiklərini təxmin edir.

Pulsarlardan Qeyri-Termal Radiasiya

& quotPulsarların şüalandığı prosesləri çox zəif başa düşdüyümüzü əvvəldən etiraf etməliyik. & quot;

F. G. Smith
Pulsars, W. H. Freeman & amp Co.
San Francisco, 1977, səhifə 171

& quot; Aydındır ki, müşahidə olunan davamlı enerji paylanması, isti bir qazdan termal olaraq radiasiya çıxardığı hər hansı bir modelə uyğun gəlmir. & quot; Bu vəziyyətdə mümkün görünən yalnız iki proses var. Bunlar tərs Compton prosesi ilə sinxrotron emissiyası və emissiyasıdır. & Quot;

M. və G. Burbidge
Quazi-Stellar Objects, W. H. Freeman & amp Co.
San Francisco, 1967, səhifə 52

Pulsarlar üçün enerji mənbəyinin sinxrotron şüalanması olduğu güman edilir, çünki indiyə qədər qeyri-termal şüalanma üçün başqa alternativ olmayıb. Mübahisə belədir: pulsarlar mövcuddur, pulsarlar qeyri-termal radiasiya yaradır, alimlərin sinxrotron şüalanmasından başqa Pulsarlarda qeyri-termal şüalanma yaratmaq üçün bir alternativi yoxdur, bu səbəbdən pulsarlar nəzəri olaraq sinxrotron şüalanma ilə modelləşdirilməlidir.
Sinxrotron radiasiya qütbləşir. Pulsarlardan gələn şüalanmanın qütbləşdiyindən bu, pulsarların sinxrotron şüalanma istifadə etdiyini sübut edir. (Bu etibarlı arqument deyil.)
Bu dəlillərlə bağlı bəzi problemlər bunlardır: pulsarın enerjisini yaradan başqa bir proses ola biləcəyini bilmirik, başqa bir proses də qütblü şüalanma yarada bilər.
İşıq Topu Parçacıq Modelinin təməl daşlarından biri, əks qütblü fotonlardan meydana gələn elementar hissəciklərdir. Maddə enerjiyə çevrildikdə, radiasiyanın qütbləşməsi təbii bir nəticədir. Beləliklə, pulsarlardan gələn işıq qütbləndiyindən, bu da Light-of-Light Particle Modelini dəstəkləyir.
Ball-of Light Particle Model pulsarları yeni bir şəkildə asanlıqla izah edir:

  • Pulsarın nüvəsi işıq topudur
  • Pulsar, səthini əhatə edən kütləvi elektromaqnit sahələrinə malikdir
  • Bu sahələr Pulsarları xarakterizə edən kütləvi enerji impulsları yaradır
  • Bu sahələr Pulsardan atılan daha kiçik işıq toplarına səbəb olur
  • Çıxarılan işıq topları yavaşlayır və Pulsarı əhatə edən dumanlıqda daha da çürüyür
  • Aşağı tezlikli radiasiya, ümumiyyətlə, pulsarın ekvatorundan yayılır
  • Yüksək tezlikli radiasiya ümumiyyətlə pulsarın qütblərindən yayılır
  • Bir kürənin həndəsəsi sayəsində hər pulsardan ən azı bir qütb qismən görünür
  • Pulsarların qütblərindən rentgen şüaları yayılırdı
  • Pulsarların qütblərindən atılan hissəciklərin ikincil çürüməsindən rentgen şüaları yayılacaqdır
  • Elektromaqnit dalğaları pulsarın səthini əhatə etdikdə, qısa dalğa uzunluğundakı qeyri-istilik şüalanma bir zərbə dövrü ərzində sıfıra enəcəkdir.
  • Pulsarın bir qütbünün geometrisi qismən göründüyünə görə və x-şüalarının qütblərdən yayıldığına və ikincil çürümələrə görə x-ray qeyri-istilik şüalanması bir nəbz dövrü ərzində sıfıra enməməlidir.

Radio Gökadalarından Qeyri-Termal Radiasiya

3C 449 kimi radio qalaktikaları çox miqdarda qeyri-istilik radiasiya istehsal edir. Mövcud astrofizika nəzəriyyəsi bu radiasiyanı sinxrotron radiasiya izahı ilə izah edə bilməz. 3C449 kimi nəhəng radio qalaktikaların qolları 100 milyon işıq ili uzun ola bilər. Ancaq ən yaxşı halda, sinxrotron radiasiya yalnız 10 milyon işıq ilinə qədər işləyə bilər. Bundan sonra elektronlar daha da şüalanmayacaq dərəcədə sürətlənmiş olardı. Bundan əlavə, bir çox məlumatda göstərildiyi kimi, bir radio qalaktikasının qollarının uclarında radiasiyanın parlaması çox yaygındır!
Light-Light Particle Model radio qalaktikaların bütün xüsusiyyətlərini asanlıqla izah edir:

  • Mərkəzi nüvə çürüyən bir işıq topudur
  • Mərkəzi nüvədə fazadan 180 dərəcə qütbdən qütbə sıçrayan iki kütləvi elektromaqnit dalğası var
  • Nüvə qollara görə hərəkətsiz qalır, çünki böyük və bərabər olan iki kütləli dalğa xaricində harmonikdir (Əslində, bir kütləvi dalğa müşahidələri də asanlıqla izah edə bilər.)
  • Dalğalar nüvənin dirəklərindən çox böyük bir işıq topu çıxarır
  • Kütləvi itələyici elektromaqnit sahələri induksiya olunan işıq toplarını nisbi sürətlə nüvədən uzaqlaşdırır.
  • Çıxarılan işıq topları çox sabitdir, çünki yüksək sürətlə atılır və beləliklə çox yüksək cazibə sahələrinə sahibdirlər.
  • Çıxarılan işıq topları, radio qalaktikalarının qolundakı & quot; düymələrini & quot; izah edir
  • Çıxarılan işıq topları yavaşladıqca daha az sabitləşir - davamlı olaraq qütblü qeyri-termal şüa yayır (Buna da bax, Qeyri-sabitlik Zonaları)
  • Çıxarılan işıq topları sabit bir sürətə qədər yavaşladıqda partlaya bilər və radio qalaktikalarının qol uclarında qeyri-sabitlik zonaları yaradır.
  • Çıxarılan işıq topları davamlı olaraq yüksək enerjili elektronları atdı, beləliklə bəzi qeyri-termal radiasiyanı elektronlar izah etdi

(Mərkəzi işıq topu iki əks qütbdən daha kiçik işıq toplarını atır. Çıxarılan işıq topları mərkəzi nüvədən uçarkən & quotfizzle & quot; çürümə rejiminə keçirlər. Kifayət qədər yavaşladıqda olurlar xarici hissələrdə daha az dayanıqlı və partlayıcı bir şəkildə çürüyür. Bu, enerjinin nüvədən loblara necə nəql edildiyini və bir çox digər detalları izah edir.)


Qara dəliklər termal radiasiya yaradır? - Astronomiya

Bir ulduzun nüvə yanacağı tükənəndə yıxılacaq. Ulduzun nüvəsi və ya mərkəzi bölgəsi üç Günəşdən böyük bir kütləyə sahibdirsə, bilinən heç bir nüvə qüvvəsi nüvənin kosmosda qara dəlik adlanan dərin bir cazibə qüvvəsi əmələ gəlməsinə mane ola bilməz.

Qara dəliyin sözün adi mənasında bir səthi yoxdur. Qara bir çuxur ətrafında məkanda sadəcə bir bölgə və ya sərhəd var, o tərəfdən görə bilmərik. Bu sərhəd hadisələr üfüqü adlanır.

Hadisələr üfüqündən kənara çıxan hər şey, qara dəliyin cazibə quyusuna getdikcə daha da endikcə əzilməyə məhkumdur. Heç bir görünən işıq, nə də rentgen şüaları, nə də başqa bir elektromaqnit şüalanma, nə də hər hansı bir hissəcik nə qədər enerjili olsa da qaça bilməz. Hadisə üfüqünün radiusu (kütlə ilə mütənasib) çox kiçikdir, 10 Günəş kütləsi olan dönməyən qara dəlik üçün yalnız 30 kilometrdir.

Astronomlar qara dəlik görə bilərmi? Birbaşa deyil. Onu tapmaq üçün yeganə yol, dəlillərdən istifadə etməkdir. Müşahidələr, kifayət qədər böyük miqdarda maddənin kifayət qədər kiçik bir bölgəyə sıxıldığını, başqa bir izahın mümkün olmamasını nəzərdə tutmalıdır. Ulduz qara dəliklər üçün bu, bir ulduzun görünməyən yoldaşını ikiqat və ya ikili ulduz sistemində dövr etdiyi zaman orbital sürətlənməsini müşahidə etmək deməkdir.

Qara dəliklərin axtarışı çətin bir işdir. Onları tapmağın bir yolu da rentgen binar sistemlərini araşdırmaqdır. Bu sistemlər, neytron ulduzu və ya qara dəlik ola biləcək görünməyən bir yoldaş ulduzun ətrafında yaxın bir orbitdə görünən bir ulduzdan ibarətdir. Yoldaş ulduz qazı görünən ulduzdan uzaqlaşdırır.

Bu qaz düzəldilmiş bir disk meydana gətirdiyinə görə, yoldaşa doğru fırlanır. Qazdakı hissəciklər arasındakı toqquşmalar nəticəsində yaranan sürtünmə onları həddindən artıq istiliyə qədər qızdırır və bir saniyə ərzində titrəyən və ya intensivliyi dəyişən rentgen şüaları yaradır.


Chandra şəkli
qara dəlik namizədi
XTE J1118 + 480
(mərkəzi parlaq nöqtə).
Parlaq nöqtədən uzanan sünbüllər və şüalar instrumental əsərlərdir.

Qalaktikamızda və yaxınlıqdakı qalaktikalarda bir çox parlaq rentgen ikili mənbələr aşkar edilmişdir. Bu sistemlərdən təxminən onunda görünən ulduzun sürətli orbital sürəti, görünməyən yoldaşın bir qara dəlik olduğunu göstərir. (Sağdakı rəqəm qara dəlik namizədi XTE J1118 + 480-in rentgen şəklidir.) Bu cisimlərdəki rentgen şüaları hadisə üfüqünə çox yaxın hissəciklər tərəfindən istehsal olunur. X-şüalarını verdikdən bir saniyədən az müddətdə hadisə üfüqündən kənarda yox olurlar.

Ancaq qara dəliyin ətrafındakı diskdəki bütün maddələr qara dəliyə düşməyə məhkum deyildir. Bir çox qara dəlik sistemində qazın bir hissəsi diskdən yüksək sürətlə uçurulan isti külək kimi qaçır. Radio və rentgen müşahidələrinin bəzi ulduz qara dəliklərdən uzaqda partladığını göstərən yüksək enerjili reaktivlər daha dramatikdir. Bu təyyarələr sıx şüalarda işıq sürətində hərəkət edə bilər və yavaşlamadan və solmadan əvvəl bir neçə işıq ili səyahət edə bilər.

Maddə onlara düşəndə ​​qara dəliklər böyüyür? Bəli, qara dəliyin kütləsi tutduğu kütlə miqdarına bərabər miqdarda artır. Hadisə üfüqünün radiusu da udduğu hər günəş kütləsi üçün təxminən 3 kilometrə qədər artır. Ulduzların sıx yerləşdiyi bir qalaktikanın mərkəzindəki qara dəlik, milyard Günəş kütləsinə qədər böyüyə bilər və çox böyük bir qara dəlik olaraq bilinən hala gələ bilər. Bu yaxınlarda Chandra, hələ təxminən başa düşülməmiş proseslərlə sıx ulduz qruplarında kütlələri təxminən min Günəş olan qara dəliklərin meydana gələ biləcəyinə dair bir dəlil tapdı.


Analoq qara dəliyin termal spektri Hawking radiasiyasını yeni bir işığa qoyur

İsrail fizikləri analoq bir qara dəlikdən gələn radiasiyanın istilik spektrinə sahib olduğunu göstərdilər. Bu, Hawking radiasiyasının mövcudluğuna dair dolayı eksperimental sübutlar təqdim edərək “qara dəliyə” bir temperatur təyin etməyə imkan verir.

Qara dəliyin populyar konsepsiyası, hər şeyi içərisinə salan və heç bir şeyin, hətta işığın da qaçmasına imkan verməyən, bağışlanmayan bir kosmik tozsorandır. Qarışığa kvant mexanikası əlavə edildikdə, işlər daha da çətinləşir. 1974-cü ildə Stephen Hawking nəzəri olaraq bir cüt fotonun qara dəliyin hadisə üfüqündə yaradıldığını göstərdi - biri müsbət enerjili, digəri mənfi enerjili. Mənfi enerji fotonu qara dəliyə çəkilir, müsbət enerji fotonu isə kosmosa yayılır. Bu, qara dəlikdən davamlı bir enerji axını təmin edir.

Bunun nəzəri nəticələri inqilabi xarakter daşıyır, çünki qara dəliklərin temperaturu olduğunu göstərir. İstilik statistik mexanikada çox sayda sərbəstlik dərəcəsi olan bir sistemdəki orta enerji ilə təyin olunur (məsələn, bir çox molekuldan ibarət olan qaz). Einşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsində isə qara dəlik sırf kütləsi, yükü və dönməsi ilə təyin olunur. Bu səbəbdən bir qara dəliyə bir temperatur təyin etmək üçün ya ona əlavə sərbəstlik dərəcələri verilməsini və ya istilik anlayışının yenidən təyin olunmasını tələb edir.

Böyük nailiyyət

Bu səbəbdən qara bir dəlikdən Hawking radiasiyasının aşkarlanması böyük bir uğur olacaq, həm də qeyri-mümkün bir işdir. Məsələ burasındadır ki, bilinən bütün qara dəliklər kosmik mikrodalğalı fonun istiliyinin altındakı temperaturları proqnozlaşdırırdı. Bu o deməkdir ki, hər hansı bir radiasiya qara dəliyi udduqları radiasiya ilə maskalanacaqdır.

İrəli gedən yollardan biri ümumi nisbiliyi tənzimləyən tənliklərin hərəkətli mühitdəki dalğa yayılmasını təsvir edənlərə riyazi cəhətdən bənzər olmasıdır. 1981-ci ildə Kanadadakı British Columbia Universitetindən William Unruh bu sistemlərin Hawking radiasiyasını nümayiş etdirməli olduğunu nəzəri olaraq göstərdi. O vaxtdan bəri bir neçə qrup su dalğaları, fiber optikdəki işıq və digər sistemlərdən istifadə edərək Hawking radiasiyasını simulyasiya etməyə çalışdı, lakin bu təcrübələr çətinliklə doludur. Hawking radiasiyasına dair bəzi bildirişlərin sonradan səhv olduğu göstərildi, digər iddialar isə hələ mübahisəlidir.

Jeff Steinhauer və Hayfadakı Technion-dakı həmkarları bir neçə ildir Bose-Einstein kondensatlarına əsaslanan qara dəlikli analoqlar üzərində işləyirlər - bunlar tələyə düşmüş atomların ultrasold ansambllarıdır. Potensial enerji pilləsinin yüksək tərəfində Steinhauer kondensatı yavaş-yavaş axır. Lakin addımın aşağı enerjili tərəfində axın sürətlənir. Bu “son üfüq” ün hər iki tərəfində də fonon cütləri (səs dalğalarının kvantları) yaranır. Adımın üstündə, kondensatdakı səs sürəti kondensatın öz sürətindən çoxdur, buna görə fonon qaçır. Adımın altında isə səs sürəti kondensat & # 8217s axın sürətindən aşağıdır. Bu fonon bu səbəbdən analoq bir “qara dəliyə” sürüklənir.

Kvant dolaşıqlığı

2014-cü ildə Steinhauer, iki üfüqlü analoq qara dəlikdən özünü gücləndirən Hawking radiasiyasını müşahidə etdiyini iddia etdi. Daha sonra, 2016-cı ildə, yayılmış dalğalarla qara dəliyə sıçrayan dalğalar arasında kvant dolaşıqlığını təsbit etdi. Hər iki halda da şübhə edənlər var. Weizmann Elm İnstitutundan, həmçinin İsrailin optik liflərdəki qara dəlik analoqlarını araşdıran Ulf Leonhardt “Qara dəlikli lazerin təcrübə nümayişi tamamilə fərqli bir şeydi” deyir. , gördüklərinə yekun vurmaq statistik bir əsərdir. ”

Fenomeni qəti şəkildə nümayiş etdirmək üçün Steinhauer & # 8217s komandası, təxminən üç il ərzində təcrübəni 21 yaxşılaşdırdı. Nəticədə, hər fərqli tezlikdə yayılan enerjini ölçə bildilər və radiasiyanın yaxşı təyin olunmuş bir temperaturla qara bir cismin enerji spektrinə sahib olduğunu göstərə bildilər.

Vacib addım

Leonhardt əmindir: “Cefi həqiqətən cəmiyyət üçün vacib bir addım olan işi münasibətilə təbrik edirəm. Fəxr etməsi lazım olan bir şey və hamımızın əla bir kağız olaraq qeyd etməyimiz lazım olan bir şey. ”

Fiziklər, qara dəliyin optik analoqundan Hawking radiasiyasını stimullaşdırırlar

Almaniyadakı Kaiserslautern Universitetindən nəzəri fizik James Anglin də eyni fikirdədir, lakin həqiqi qara dəliklər haqqında düşüncənin Steinhauer's kimi təmiz bir sistemdən gəlməyəcəyindən şübhələnir. "Həqiqət budur ki, qara dəlikli kvant effektləri ilə bağlı bütün vacib sirlər qeyri-xətti dinamiklərlə əlaqədardır" deyir. "Beləliklə, həqiqətən görmək istədiyim şey, bəzi cəhətlərdən Jeffin qəhrəmancasına etdiyi şeydən bir addım geri çəkiləcəkdi: sonik qara dəlikdəki qeyri-xətti effektlərin bir az zərər görməsinə və nə qədər zərər verdiklərinə baxmağa."

Anglin bunun qara dəlik fizikası ilə bağlı vacib sualların cavablandırılmasına kömək edə biləcəyini əlavə edir: “Termal şüalanma qara dəliklərin kiçilməsinə səbəb olur? Əgər belədirsə, qara dəlik içərisinə qapanan məlumatlar kiçildikdə geri qayıdırmı, kiçilmək hələ də bütün məlumatları saxlayan bəzi qalıq kvant obyektlərində dayanır və ya məlumatlar sadəcə ölür? Qara dəlik səthinin sahəsi həqiqətən entropiya hesab olunurmu? Kvant mexanikası, termodinamika və cazibə arasında dərin bir əlaqə varmı? ”


‘Dəyişən Görünüş’ Blazar, 6.3 Milyard İşıq İldə Qaçırdı

Sloan Digital Sky Survey Mart 2004-cü il arxiv görüntüsü (solda) və B2 1420 + 32 müşahidə kampaniyasından Mishra et al. 2020-ci ilin yanvarında ASAS-SN-dən istifadə edərək (sağda) blazarın parlaqlığı 100 dəfə artdı. Image kredit: SDSS / Mishra və s., doi: 10.3847 / 1538-4357 / abf63d.

Blazarlar, müşahidəçiyə yönələn nisbi təyyarələrlə güclü aktiv qalaktik nüvələrdir (AGN).

Onların təyyarələri milyonlarla işıq ili miqyasında məsafələri əhatə edir və radiasiya yolu ilə yerləşdikləri qalaktikaların və qalaktika qruplarının təkamülünə təsir göstərdikləri bilinir.

Bu xüsusiyyətlər blazarları təyyarələrin fizikasını və qalaktika təkamülündəki rolunu öyrənmək üçün ideal mühit halına gətirir.

"Blazarlar, çox güclü təyyarələrə sahib olan bənzərsiz bir AGN növüdür" dedi aparıcı müəllif Hora Mishra, doktorluq. Oklahoma Universitetinin Homer L. Dodge Fizika və Astronomiya Bölməsində tələbə.

"Jets bir radio geribildirim rejimidir və tərəzilərinə görə qalaktikanı geniş miqyaslı mühitlərinə nüfuz edirlər."

“Bu təyyarələrin və radiasiyanı idarə edən proseslərin mənşəyi məlum deyil. Beləliklə, blazarların öyrənilməsi bizə bu reaktivləri və onların yığılma diski kimi AGN-nin digər komponentləri ilə necə əlaqəli olduğunu daha yaxşı başa düşməyimizə imkan verir. ”

"Bu təyyarələr, məsələn, qalaktikadakı ulduz meydana gəlməsini təsir edən mühitdə qazı isidə və yerindən kənarlaşdıra bilər."

Araşdırmada, Mishra və həmkarları, Boötes bürcündə 6.3 milyard işıq ili uzaqlıqda yerləşən bir bazar olan B2 1420 + 32'nin təkamülünü araşdırdılar.

2017-ci ilin sonunda bu blazar, SuperNovae (ASAS-SN) teleskop şəbəkəsi üçün All Sky Automated Survey tərəfindən tutulan bir fenomen olan nəhəng bir optik alov nümayiş etdirdi.

"Bunu sonrakı iki il ərzində spektrinin və işıq əyrisinin təkamülünü müşahidə edərək izlədik və bu obyekt üçün mövcud arxiv məlumatlarını əldə etdik" dedi.

"On ildir ki, məlumatları əhatə edən kampaniya ən həyəcan verici nəticələr verdi."

"Spektrdə dramatik dəyişkənliyi və bir blazar üçün ilk dəfə iki blazar alt sinifləri arasında çoxsaylı çevrilmələri görürük, beləliklə ona" dəyişən görünüşlü "lazar adını verdik."

Astronomlar bu davranışın, blazarları iki böyük kateqoriyaya ayıran çoxdan bəri təklif olunan bir nəzəriyyəni təsdiqləyən dramatik davamlı axın dəyişikliklərindən qaynaqlandığı qənaətinə gəldilər.

"Bundan əlavə, fərqli zaman şkalalarında və yeni spektral xüsusiyyətlərdə optik və qamma-şüa lentlərində bir neçə çox böyük multiband alovlandığını görürük" dedi.

“Bu qədər həddindən artıq dəyişkənlik və spektral xüsusiyyətlər daha çox belə cilvərlər üçün xüsusi axtarışlar tələb edir ki, bu da AGN / jet fizikasını aşkar etmək üçün müşahidə olunan dramatik spektral dəyişikliklərdən, o cümlədən supermassive qara dəliklərin ətrafındakı toz hissəciklərinin nəhəng radiasiyanın məhv etməsindən istifadə etməyə imkan verəcəkdir. mərkəzi mühərrik və relyativistik bir jetdən alınan enerjinin toz buludlarına necə ötürüldüyü, süper kütləvi qara dəliyin təkamülünü ev sahibi qalaktika ilə əlaqələndirən yeni bir kanal təmin etdi. ”

"Davamlı emissiyasındakı dramatik dəyişikliklərdən, iki alt sinif arasında özünü bir dəfə deyil, üç dəfə dəyişdirən dəyişkən görünüşlü bir ləzzət kəşfinin nəticələri bizi çox həyəcanlandırdı."

“Bundan əlavə, görünməmiş yeni spektral xüsusiyyətlər və optik dəyişkənlik görürük. Bu nəticələr, çox dəyişkən blazarlar və onların AGN fizikasını başa düşməsindəki əhəmiyyəti ilə bağlı daha çox bu cür tədqiqatların qapısını açır. ”

“Dəmir emissiya xətləri meşəsinin meydana gəlməsini görmək çox maraqlıdır və yaxınlıqdakı toz hissəciklərinin təyyarədən gələn güclü radiasiya ilə buxarlandığını və sərbəst dəmir ionlarını yayan buludlara buraxdığını, nəzəri modellər tərəfindən proqnozlaşdırılan və bu cazibə partlayışı ”dedi. Xinyu, həm də Oklahoma Universitetinin Homer L. Dodge Fizika və Astronomiya Bölməsindən.

Tədqiqat Astrofizika jurnalı.

Hora D. Mishra və s. 2021. Dəyişən görünüşlü Blazar B2 1420 + 32. ApJ 913, 146 doi: 10.3847 / 1538-4357 / abf63d


Qara dəliklər və yumşaq saçlar: Stephen Hawking & # x27s son işi niyə vacibdir

Məlumat paradoksu, bu gün əsas nəzəri fizikanın bəlkə də ən başsındıran problemidir. 43 il əvvəl Stephen Hawking tərəfindən kəşf edildi və son vaxtlara qədər bir çoxunu düşündürdü.

2015-ci ildən başlayaraq Stephen, Andrew Strominger və mən çətinliklərin təməlində dayanan əsas fərziyyələri sorgulayarak bu çətinlikdən çıxış yolunu anlaya biləcəyimizi düşünməyə başladıq. Bu mövzuda ilk məqaləmizi 2016-cı ildə yayımladıq və o vaxtdan bəri bu problem üzərində çox çalışdıq.

Ən son iş və bəlkə də Stephen'ın iştirak etdiyi son məqalə yeni çıxdı. Məlumat paradoksunu həll etməməyimizə baxmayaraq, yolu açdığımızı ümid edirik və bu sahədə intensiv işimizi davam etdiririk.

Fizika həqiqətən vəziyyətin necə olduğunu nəzərə alaraq gələcəyi proqnozlaşdıra bilməkdir. Məsələn, bir top atırsınızsa, başlanğıc mövqeyini və sürətini bildikdən sonra gələcəkdə harada olacağını anlaya bilərsiniz. Bu cür düşüncə klassik fizika dediyimiz üçün yaxşıdır, lakin atomlar və elektronlar kimi kiçik şeylər üçün qaydaların kvant mexanikasının izah etdiyi kimi bəzi dəyişikliklərə ehtiyac var. Kvant mexanikasında dəqiq nəticələri izah etmək əvəzinə, yalnız müxtəlif şeylərin baş vermə ehtimallarını hesablamaq olar. Bir topun atılması halında, onun dəqiq trayektoriyasını bilmək olmaz, ancaq başlanğıc şərtləri nəzərə alınmaqla müəyyən bir yerdə olma ehtimalı.

Hawking'in kəşf etdiyi şey, qara dəlik fizikasında kvant mexanikasından daha böyük bir qeyri-müəyyənlik olduğu görünürdü. Ancaq bu cür qeyri-müəyyənlik bir çox fizika qanunlarının pozulduğu kimi görünməsi ilə tamamilə qəbuledilməz görünürdü. Bu, bizi qara dəliyin gələcəyi ilə bağlı hər hansı bir şey proqnozlaşdırmaq qabiliyyətindən məhrum edərdi.

Bunun əhəmiyyəti olmaya bilər - qara dəliklərin həqiqi fiziki cisim olması xaricində. There are huge black holes at the centres of many galaxies. We know this because observations of the centre of our galaxy show that there is a compact object with a mass of a few million times that of our sun there such a huge concentration of mass could only be a black hole. Quasars, extremely luminous objects at the centres of very distant galaxies, are powered by matter falling onto black holes. The observatory Ligo has recently discovered ripples in spacetime, gravitational waves, produced by the collision of black holes.

The root of the problem is that it was once thought that black holes were completely described by their mass and their spin. If you threw something into a black hole, once it was inside you would be unable to tell what it was that was thrown in.

These ideas were encapsulated in the phrase “a black hole has no hair”. We can often tell people apart by looking their hair, but black holes seemed to be completely bald. Back in 1974, Stephen discovered that black holes, rather than being perfect absorbers, behave more like what we call “black bodies”. A black body is characterised by a temperature, and all bodies with a temperature produce thermal radiation.

If you go to a doctor, it is quite likely your temperature will be measured by having a device pointed at you. This is an infrared sensor and it measures your temperature by detecting the thermal radiation you produce. A piece of metal heated up in a fire will glow because it produces thermal radiation.

Black holes are no different. They have a temperature and produce thermal radiation. The formula for this temperature, universally known as the Hawking temperature, is inscribed on the memorial to Stephen’s life in Westminster Abbey. Any object that has a temperature also has an entropy. The entropy is a measure of how many different ways an object could be made from its microscopic ingredients and still look the same. So, for a particular piece of red hot metal, it would be the number of ways the atoms that make it up could be arranged so as to look like the lump of metal you were observing. Stephen’s formula for the temperature of a black hole allowed him to find the entropy of a black hole.

The problem then was: how did this entropy arise? Since all black holes appear to be the same, the origin of the entropy was at the centre of the information paradox.

What we have done recently is to discover a gap in the mathematics that led to the idea that black holes are totally bald. In 2016, Stephen, Andy and I found that black holes have an infinite collection of what we call “soft hair”. This discovery allows us to question the idea that black holes lead to a breakdown in the laws of physics.

Stephen kept working with us up to the end of his life, and we have now published a paper that describes our current thoughts on the matter. In this paper, we describe a way of calculating the entropy of black holes. The entropy is basically a quantitative measure of what one knows about a black hole apart from its mass or spin.

While this is not a resolution of the information paradox, we believe it provides some considerable insight into it. Further work is needed but we feel greatly encouraged to continue our research in this area. The information paradox is intimately tied up with our quest to find a theory of gravity that is compatible with quantum mechanics.

Einstein’s general theory of relativity is extremely successful at describing spacetime and gravitation on large scales, but to see how the world works on small scales requires quantum theory. There are spectacularly successful theories of the non-gravitational forces of nature as explained by the “standard model” of particle physics. Such theories have been exhaustively tested and the recent discovery of the Higgs particle at Cern by the Large Hadron Collider is a marvellous confirmation of these ideas.

Yet the incorporation of gravitation into this picture is still something that eludes us. As well as his work on black holes, Stephen was pursuing ideas that he hoped would lead to a unification of gravitation with the other forces of nature in a way that would unite Einstein’s ideas with those of quantum theory. Our work on black holes does indeed shed light on this other puzzle. Sadly, Stephen is no longer with us to share our excitement about the possibility of resolving these issues, which have now been around for half a century.

Malcolm Perry is professor of theoretical physics at the University of Cambridge, and a co-author of the new black hole research.

A Guardian Live event celebrating the work of Stephen Hawking, with Jim Al-Khalili, Maggie Aderin-Pocock and others, will take place on Monday 15 October at the Royal Institution in London


Do black holes produce thermal radiation? - Astronomiya

How did the first astronomer discover the first black hole? Who had discovered it and when was it found? Please explain how the first black hole was discovered.

No single astronomer has the credit for discovering a black hole. Before I explain how astronomers found evidence for the existence of black holes, let me give you some of the necessary physics background.

1. Any body which is above absolute zero (-273 Celsius) radiates thermal energy, and the peak wavelength of emission depends on the temperature of the object. For example, the sun's surface is about 6000 Kelvin so that its peak emission is in green light. If an object's temperature is about a million degrees, then its peak emission will be in X-rays.

2. Normally stars are prevented from collapsing from gravity due to thermal gas pressure and radiation pressure. However, if the thermal energy source (nuclear fusion reactions) stop, then the star will collapse. It turns out that there are forces other than gas pressure which counteract gravity when the star becomes more compact (for instance the neutron star is only 10 km across!). But the astrophysicist Chandrasekar proved that there is a maximum mass beyond which nothing can beat gravity. So, if we detect a compact object in space which is more than this critical mass, then we can be confident that it is a black hole.

Now to return to the question of finding black holes: How can one detect a black hole if nothing can escape from it? Consider a binary system of stars where one of the stars is a black hole and the other a normal star. If the normal star's envelope gets close enough to the black hole, then the fierce gravity of the black hole can rip out gas from the normal star which is then swallowed by the black hole.

However, due to the conservation of angular momentum, the gas cannot plunge straight into the black hole, but must orbit it for some time before it gets sucked. Thus, a disc like structure is formed around the black hole from which gas is pulled slowly into the black hole. When the gas orbits the black hole in the disc, its temperature is raised to several millions of degrees which emits radiation in the X-ray part of the spectrum (by the first note that I explained above). Thus, when we detect X-ray sources in the sky, then we know that there is gas which has been heated to several million degrees, and one of the mechanisms to achieve that is the accretion disc around the black hole.

If the system giving out X-rays turns out to be a binary star, then a case can be made that one of the stars is a compact object (a neutron star or a black hole). Binary stars are very useful to astronomers because it allows us to measure the mass of the stars in the system (by Kepler's laws). If the mass of the compact object turns out to be more than the critical mass mentioned above, then one can be sure that it is a black hole. So that is how black holes are discovered.

Now about actual discovery: In the early 1970s, an intense X-ray source was found in the constellation Cygnus called Cygnus X-1. As the years passed, in the spring of 1972, Cygnus X-1 was identified with a star known by its classification number HDE226868 (which is a radio source). Soon evidence was found that it is a binary star system with a period of about 5.6 days.

By the special theory of relativity, no information can travel faster than the speed of light. Hence, a celestial object cannot change its luminosity on a time scale shorter than the time taken for the light to reach from one side of it to the other. Analysis of Cygnus X-1 showed that its emission had luminosity variations on time scales as short as thousandths of a second, suggesting that the object was only a few kilometers wide. Thus evidence was found that one of the stars was a compact object. Finally, astronomers used the binary star system to determine the mass of the compact object and found that it was greater than the critical mass, so that it was most likely a black hole. That is about the discovery of the first black hole in our universe.

Since then, astronomers have detected several black holes in space using several techniques. While one class of black holes have "small" masses (greater than 5 times the mass of the sun), there are others which have gigantic masses (more than a million times the mass of the sun), called supermassive black holes. These black holes are found in the centers of several galaxy, with our own Milky Way harbouring a two million mass black hole in the center.

Bu səhifə son dəfə 27 iyun 2015-ci ildə yeniləndi.

About the Author

Jagadheep D. Pandian

Jagadheep, Arecibo radio teleskopu üçün 6 ilə 8 GHz arasında işləyən yeni bir qəbuledici hazırladı. Galaxy-də 6.7 GHz metanol maserləri üzərində işləyir. Bu maserlər kütləvi ulduzların doğulduğu yerlərdə olur. 2007-ci ilin yanvarında Cornell-dən doktorluq dissertasiyasını almış və Almaniyada Max Planck Radio Astronomiya İnstitutunda doktoranturada çalışmışdı. Bundan sonra Hawaii Universitetindəki Astronomiya İnstitutunda Submillimeter Postdoctoral Təqaüdçüsü olaraq çalışdı. Cagadheep hazırda Hindistanın Kosmik Sektor və Texnologiya İnstitutundadır.


Accretion disks

Why should it go so fast, and why shouldn't it just tumble in instead of forming yon great mucking disk? There's this thing in physics called gravitational potential energy. The higher up in a gravitational field, the more gravitational potential energy something has. Take a bit of gas way above a black hole. It's got a lot of potential gravitational energy because it is very far from the black hole. Say that the piece of gas starts to fall toward the black hole. It is now lower in a gravitational field, so it must have less gravitational potential energy.

Where did that energy go? Well, some of the energy changed into kinetic energy (energy of motion), and the bit of gas sped up, which means it follows some kind of shrinking, erratic (possibly precessing), elliptical orbit. Some of the energy also went into heat. Hot objects radiate light, from a hot stove emitting infrared to a light bulb filament emitting visible light. The friction between the bit of gas and the other bits of gas around the black hole translates into more heat and more light being emitted. After a while the bit of gas starts to visibly glow. It falls some more, and soon it gets so hot that it emits X-rays. Astronomers have telescopes that scan the sky for X-ray sources and have found quite a few black holes that way.

So, that's why it goes so fast. But, what about the disk shape? Wouldn't it make sense for stuff to form a sphere around the black hole? There's one main reason why it forms a disk, and a secondary reason closer in to the black hole.

The main reason that disk forms is because of angular momentum. Those are big words to throw around, so, instead, think "things that are spinning like to stay spinning". Material falling onto a black hole has some angular momentum (it's really tough not to have hər hansı), so it won't head straight for the event horizon. Instead, it orbits around the black hole. As it orbits, the material interacts with itself, bumping and jostling like a large crowd of people. This jostling redistributes the angular momentum, so suddenly some of the material is spinning more and some less. The material that gained momentum moves into a wider orbit, while the losers fall into small orbits. This spreads the material into a disk.

What's the second reason close in? Remember when I talked about rotating black holes and mentioned the ergosphere? Material that gets close enough to the black hole to enter the ergosphere finds itself moving with the "rotation" of the black hole. The ergosphere billows out from the outer event horizon, and it billows the most at the equator and the least at the poles. Material at the equator (that is, in the accretion disk) will get an additional spinning boost and keep from falling into the black hole longer. Material at the poles wouldn't get this boost.


Could a black hole be the ultimate energy source? Maybe, if you keep feeding it

Space might be where most powerful and just about limitless repositories of energy are lurking. We just don’t know how to harness it yet.

Black holes are kind of like dragons guarding their lairs full of treasure. Sure, they’ll give you that thing you’re looking for—but they always want something in return. Say you were able to snare escaped energy from a black hole (they supposedly don’t devour everything). What the black hole would require as payment is a gargantuan amount of energy, because otherwise, it would evaporate into the void over billions of years. Now a team of scientists have been able to, at least in a lab, prove a theory that sounded like pure science fiction. It might someday mean a new frontier in how we harness power.

More Black Hole

“Low-frequency acoustic modes with orbital angular momentum are transmitted through an absorbing rotating disk and amplified by up to 30%,” said physicist Marion Cromb, who recently led a study published in Nature Physics, adding that “These experiments address an outstanding problem in fundamental physics and have implications for future research into the extraction of energy from rotating systems.”

That sound amplification is the result of the rotational Doppler effect, as opposed to a linear Doppler effect, in which the frequency of a wave shifts because of the relative velocity between the observer and the source of the wave. The rotational Doppler effect is the result of an increase or decrease in wave frequency between an object rotating on an axis and the observer. In this case, sound waves produced by Cromb’s team were sent toward a spinning foam disc, and measuring them from this rotating surface revealed that they changed their pitch when measured from that surface because they had been twisted. Microphones caught the difference in sound.

If the surface rotates fast enough, it can warp the sound waves into going from a positive to a negative frequency and actually seize energy from the surface rotation. But where did even the possibility to pull off something like this come from?

Time-warp to 1969, when physicist Roger Penrose came up with what probably sounded like a potential idea for the next sci-fi blockbuster at the time. What Penrose suggested was that the energy produced by a rotating black hole could possibly be extracted, at least if you had a structure huge enough and powerful enough to rotate at the same rate as the black hole so you could lower and then release a mass from it. His contemporary Yakov Zel’dovich figured out that instead of a black hole, which you can’t exactly drag back to Earth, a rotating object capable of absorbing energy like a black hole could amp up electromagnetic waves and vacuum fluctuations so long as they had angular momentum. If a hypothetical object rotates on an axis, it has angular (as opposed to linear) momentum. Vacuum fluctuations or quantum fluctuations are temporary changes in the amount of energy present anywhere in space.

Fast-forward to 1974 and Stephen Hawking’s hypothesis that basic black holes which have only an event horizon, a singularity and an inert core can thermally create subatomic articles and send them zooming into space. The emitted particles are Hawking radiation. Without any star stuff to feed it, the black hole will drain its own energy until it completely evaporates. It is the intense gravity of a black hole that is thought to produce particles and their anti-particles just outside the event horizon, the black hole’s point of no return. The positive particle might escape as thermal radiation while the negative particle falls into the singularity, never to return.

Hawking radiation has been proven to be at least theoretically viable. This is what eventually led to Cromb’s team trying to capture similar energy produced with sound waves instead of light waves, and inevitable evaporation without more energy also explains why you have to keep feeding the monster.

“Although amplification of waves due to a rotating absorber is very hard to verify with optical or electromagnetic waves, direct measurements of it are possible using acoustic waves," Cromb said. “Similar concepts could in principle be extended to electromagnetic waves, thus possibly extending our results to the amplification of electromagnetic modes from the quantum vacuum.”