Sterrekunde

Kan ek 'n swart gat met een of twee atome maak?

Kan ek 'n swart gat met een of twee atome maak?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ek het dus iets gekyk wat gesê het

as ons die aarde in die grootte van 'n grondboontjie saamdruk: kry ons 'n swart gat;

as ons Mount Everest in 'n paar nano-meter saamgepers het; ons sou 'n swart gat kry.

Kan ek 'n swart gat met een of twee atome maak? Indien ja, sou dit groter word en in 'n normale grootte swart gat verander?


Daar is twee antwoorde: ja en nee.

Ja omdat elke massa M 'n Schwarzschild-straal het, gegee deur $ frac {2GM} {c ^ 2} $ (waar G die gravitasiekonstante is (ongeveer $ 6,7 times10 ^ {- 11} $ en c die snelheid van die lig is (ongeveer 300 000 000 $ mathrm {m / s} $). As iets in die Schwarzschild-radius saamgepers word, word dit 'n swart gat. U kan dit vir 'n atoom doen. 'N Atoom van koolstof (byvoorbeeld) het 'n massa van $ 2 keer10 ^ {- 26} mathrm {kg} $ sodat die Schwartzschild-radius $$ frac {2 times (6.7 times10 ^ {- 11}) times (2 times10 ^ {- 26})} {300 000 is 000 ^ 2} ongeveer 3 times10 ^ {- 53} mathrm {meters} $$

Die werklike antwoord is dus geen daar is geen haalbare manier om 'n atoom tot hierdie grootte saam te pers nie. Van belang hier is die feit dat hierdie grootte so klein is dat voorwerpe hierdie klein nie soos klein balletjies optree nie, maar as kwantummeganiese voorwerpe. Maar 'n swart gat is 'n swaartekragvoorwerp wat deur Algemene Relatiwiteit geskoei is, en Relatiwiteit en kwantummeganika werk nie goed saam nie. Met ander woorde, ons het nie 'n wetenskaplike model om te beskryf hoe 'n atoommassa swart gat sal optree nie.

Stephen Hawking het getoon dat klein swart gaatjies onstabiel is, dus sal 'n atoommassa swart gat baie onstabiel wees en in 'n baie kort tydjie verdamp.


Ek dink die antwoord is Geen.

As ons hierdie atome probeer saamdruk, beland ons (uiteindelik) met die kerne naby genoeg om gedwing te word om saam te smelt. Fusie sou beteken dat ons 'n enkele kern gevorm het.

Hierdie stadium is onvermydelik.

Dus verminder u twee atome-vraag na of 'n enkele kern 'n swart gat kan vorm?.

'N Kern is 'n soort komplekse kwark-gluonmengsel en as ons dit meer saampers, kry ons 'n baie digte weergawe van wat ons basies nie die fisika het om behoorlik te modelleer nie.

Dit is uiters onwaarskynlik dat konvensionele algemene relatiwiteit toegepas kan word op iets wat so klein sal wees dat dit eintlik kleiner is as wat ons dink ons ​​die kwantumteorie kan toepas. En die energiedigtheid wat op daardie stadium betrokke was, sou so hoog wees dat ons huidige teorieë nie meer sin maak nie. Ons het 'n kwantumteorie van swaartekrag nodig om dit te doen, en ons het nie een wat goed genoeg werk nie. In werklikheid is ons nie eens seker dat 'n kwantumteorie oor swaartekrag ons in staat sal stel om na sulke klein, hoë-energie skale te gaan nie - selfs dit is onbekend.

Ons is dus in onbekende waters.

So hoekom 'nee'?

Wel, om so 'n samedrukking van 'n kern te dwing, moet ons energieë toepas op 'n baie klein area van die ruimte - kleiner as wat ons dink dit moontlik is om te doen, as gevolg van die gevolge van die onsekerheidsbeginsel. Vereenvoudig gestel, ons kan nie verder sê waar die kern is en hoe vinnig dit beweeg nie. Dit sou onmoontlik wees om tot 'n kleiner streek te beperk. Dit sou gebeur lank voordat ons die Schwarzschild-radius bereik, ongeveer die lengte van Planck.

Soos u sal sien uit die antwoord van @ James-K, is die Schwarzschild-straal ongeveer 10−53 m, maar die Planck-lengte is 18 ordes groter ongeveer 10−35 m.

Ons kon dus nie ons kern realisties beperk en saampers tot 'n klein genoeg ruimte om die grootte van die swart gat ooit te bereik nie.

Nou kan ons 'n algemene verklaring maak dat 'n nuwe teorie 'n leemte kan bied wat ons hiermee kan omseil, maar dit lyk onwaarskynlik omdat ons sou verwag dat 'n nuwe teorie die meeste van wat ons alreeds teen daardie limiete sou weergee. Dit is moeilik om te dink dat die onsekerheidsbeginsel 'verdwyn', so ek sien dit nie.

Daar is 'n onbewese moontlikheid van 'n ja.

'N Kwantumteorie van swaartekrag wat werk dalk (herhaal dalk of mag dalk nie) vind dat swaartekrag op daardie skaal sy karakter verander en dit toelaat om horisonne te vorm in groter groottes as wat ons tans sou verwag vir sulke massa-energie-reekse.

Maar ons het geen bewyse om die idee te ondersteun nie, en ek sal 'n 'nee' in 'miskien ja' omskakel bloot om ruimte te gee vir enige wilde idee. Dit is wetenskapfiksie, nie wetenskap nie.


'N Klein toevoeging tot die antwoorde hierbo (ek hou van die antwoord van die Planck-lengte). Daar is gedink dat dit teoreties in elk geval moontlik is om baie klein swart gaatjies by CERN te maak, maar dat die teorie ekstra dimensies benodig om te bestaan. Omdat geen swart gate waargeneem is nie, het die ekstra afmetings (op baie klein skale) 'n treffer gekry.

Al kan die swart gate geskep word, word voorspel dat dit baie vinnig verdamp. (biljoenste van 'n miljardste van 'n miljardste van 'n sekonde), maar selfs die vervalkoers behoort op te merk. Niemand is opgemerk nie.

Dit is ook die moeite werd om te vra of CERN twee protone regtig baie vinnig aanmekaar slaan, en, as dit 'n swart gat maak (in teorie), soos in, voorgee dat dit moontlik is ... Sou hierdie teoretiese swart gat regtig bestaan ​​uit twee protone of is dit bestaan ​​uit twee protone en 14 TeV plus kinetiese energie? Ek dink dit is meer akkuraat om te sê dat so 'n swart gat regtig die kinetiese energie geskep word, nie die atome nie.

Sommige kan dit noem dat hare op Schrodinger se kat kloof, maar ek dink dit is 'n belangrike punt. Die enorme kinetiese energie van 'n botsing teen ligsnelheid kan dalk net 'n mikro-swart gat skep, en in daardie geval is dit die kinetiese energie wat die primêre bestanddeel moet word, nie die atome nie.


Is swartgate atome en ander deeltjiesmoontlikhede

Kyk na die analogieë tussen swart gate en deeltjies, en die ooreenkomste is opvallend. Albei word beskou as massa, maar het nog geen volume nie. Ons gebruik uitsluitlik lading, massa en draai om beide te beskryf. Die grootste uitdaging in die vergelyking is dat deeltjiesfisika deur die kwantummeganika bestuur word en 'n moeilike onderwerp met swart gate, om die minste te sê. Daar is bevind dat hulle kwantumimplikasies het in die vorm van Hawking-straling en die Firewall-paradoks, maar om die kwantumtoestande van swart gate volledig te beskryf, is moeilik. Ons moet die superposisie van golffunksies en waarskynlikhede gebruik om 'n ware aanvoeling vir 'n deeltjie te kry, en om 'n swart gat as sodanig te beskryf, lyk teenstrydig. Maar as ons 'n swart gat afskaal na die betrokke skaal, verskyn daar interessante resultate (Bruin).


U kan omring word deur klein swart gate en dit nie eens weet nie

Elkeen kan so swaar soos 'n asteroïde en so klein soos 'n desimale punt wees.

Is u al ooit aangeval deur 'n groep klein swart gaatjies? Min van die goed aangepaste sal ja ernstig antwoord. En volgens fisici is die voorkoms nie buite die moontlikheid nie. Die heelal bevat miskien 'n menigte klein swart gaatjies wat deur die ruimte sorg, miskien op hul eie, of selfs in swerms. Alhoewel dit klein is, is dit nie minder belangrik nie. Sommige hiervan kan soveel weeg as u gemiddelde asteroïde. Op hul swaarste sou hulle 'n bietjie minder weeg as die maan. Maar in fisiese grootte sou hulle klein wees, 0,25 millimeter in deursnee, ongeveer die grootte van 'n desimale punt of die breedte van 'n menslike hare.

Die goeie nuus is dat astrofisici 'n goeie handvatsel het oor wat die grootste deel van die heelal bestaan. Een verbysterende nadeel is egter dat die verduidelikings vir wat oorbly, se tekort gaan. Dit kan volgens Alexander Kashlinsky, 'n kosmoloog van NASA, 'n 'krisis van die wetenskap' word. 20% van ons heelal bestaan ​​uit u lopende materie, terwyl 80% van die geheimsinnige donker materie, waarvan ons baie min weet. Ons weet dat dit 'n mate van swaartekrag op normale materie uitoefen. Dit gaan daaroor.

'N Swart gat wat deur sterrekundiges waargeneem is.

Ongelukkig het alle pogings gedurende die afgelope 80 jaar om donker materie te verstaan ​​of dit op te spoor, in die ruimte of op die aarde, bupkis opgedoen. Nou het wetenskaplikes nie meer opsies nie. Astrofisiese of sterremassa swart gate, soos die klein verskeidenheid genoem word, is vir sommige die laaste toevlug om so 'n krisis af te weer. Die idee van klein swart gate wat deur die ruimte sorg, is nie die leidende teorie nie. Dit is op die randjie. Die meeste astrofisici glo dat donker materie bestaan. Dit is net die deeltjie wat dit opmaak, het ontwykender geblyk as wat verwag is.

Die swart gate waarvan ons weet, is oor die algemeen redelik swaar. Die meeste is 20-100 keer so massief soos ons son. Onlangs kon wetenskaplikes swaartekraggolwe meet toe twee swart gate, gemiddeld in grootte - elk 30 keer die massa van ons son, gebots het. Deur die bestudering van hierdie gebeurtenis het die klein swartgateteorie 'n hupstoot gekry. Sommige navorsers meen dat die tweede na die oerknal miniatuur swart gate gevorm is. Net soos die lewe op aarde vermoedelik uit 'n oer-sop gebore word, sou hierdie klein swart gaatjies ook uit 'n 'deeltjiesop' gebore word. Kashlinsky stel voor dat hierdie 'oer' swart gate klein sal wees, maar tog in swerms kan beweeg.

'N Stergrootte swart gat wat deur die Hubble-ruimteteleskoop opgespoor word.

Die astrofisikus Timothy Brandt van die Institute for Advanced Study het gesê dat hulle op hul kleinste as 'n atoom kan wees. Brandt vertel Business Insider hierdie mikroskopiese swart gate kan een keer elke 100 miljoen jaar tussen die aarde en die son beweeg, gee of neem. Dit sou moeilik opgespoor kon word. As u daar naby was, kan u dit dalk sien. So, wat sou gebeur as u per ongeluk daaraan raak? Dit sou iets wees soos om met 'n koeël getref te word, maar met getykragte wat u sou vervorm. As gevolg van die ongelooflike hitte, sal u ook verbrand. Klink nie na 'n lekker manier om te gaan nie, maar pas vir 'n videospeletjie-baaskarakter, of 'n sci-fi-skurk. Brandt het die moontlikheid dat kwantumgate in die aarde besoek, absurd onwaarskynlik genoem. Maar as so iets sou gebeur, erken hy: 'Dit sal 'n bietjie verwoesting veroorsaak.'

Ander navorsers meen dat swart gate in massamassa die hele tyd deur die aarde beweeg, sonder dat dit gebeur het. Aaron VanDevender, 'n navorser van Halcyon Molecular, in Kalifornië, en sy vader, J. Pace VanDevender, van Sandia National Laboratories, in Nieu-Mexiko, is van mening. Hulle dink een of twee kwantum swart gate gaan daagliks deur die aarde. Dit is min, fyner as atome. Sterrekundige Massimo Ricotti, van die Universiteit van Maryland, stem saam. Hy het gesê dat hierdie swart gate so klein is dat dit waarskynlik nie atome sal ontwrig nie. "Selfs as hulle deur 'n soliede liggaam beweeg, bevind hulle hul meestal in 'n lugleegte, gegewe hul klein grootte," het hy gesê.

In hierdie siening, in plaas daarvan om baie materie vas te vang, kan hulle soms atome in hul wentelbane neem. Sodra hulle sulke atome verkry, word dit Gravitasie-ekwivalente van 'n atoom (GEA's) genoem. Hierdie swart gate is baie anders as hul groot neefs in die verre omtrek van die ruimte. GEA's het sulke klein gebeurtenishorisonne of keëlvormige monde, en is so klein dat hulle min kans het om iets in te suig.

3D-kaart van 'n verspreiding van donker materie, gerekonstrueer uit metings wat deur die Hubble-teleskoop geneem is. Beeld deur NASA / ESA / Richard Massey (California Institute of Technology)

Daar is 'n paar ander teorieë, soos een wat verlede jaar in die joernaal gepubliseer is Fisiese oorsigbriewe, dat mini-swart gate borrels kan veroorsaak wat die Higgs-veld ontwrig. Dit is 'n energieveld wat bestaan ​​uit Higgs-bosoondeeltjies in die ruimte. As hierdie klein swart gaatjies daarmee in wisselwerking is, kan dit die vakuum van die ruimte in duie stort, wat die hele heelal vernietig! Die meeste wetenskaplikes sê vir ons dat ons ons nie moet bekommer nie. En sommige bekende teoretici neem hierdie beskouing uitermatig aan. 'N Ander teorie verklaar dat alle deeltjies, in werklikheid, variasies van oorspronklike swart gate kan wees.

Sommige fisici stel selfs voor dat donker materie uit GEA's bestaan, net soos materie self uit atome bestaan. Maar hierdie swart gate met deeltjies wat om hulle draai, is slegs een van 'n aantal ander deeltjies wat veronderstel is om donker materie te vorm. Niemand sal weet voordat die regte deeltjie geïdentifiseer is nie, miskien deur eksperimente met 'n deeltjieversneller, soos die wat by CERN gevind word. Vir wetenskaplikes is die mees kommerwekkende moontlikheid dat mini-swart gaatjies net so klein is en die effek van hul swaartekrag so swak is dat dit amper onmoontlik is om op te spoor. En dit kan die wetenskap terugsit. Want hoe kan 'n mens 'n mikroskopiese swart gat opspoor?

Wil u leer wat sou gebeur as 'n swart gat so groot soos 'n muntstuk naby u sou beland? Klik hier:


Swart gate kan help om nuwe deeltjies op te spoor

Om nuwe deeltjies te vind, benodig gewoonlik hoë energie - daarom is daar groot versnellers gebou wat deeltjies tot byna die snelheid van die lig kan versnel. Maar daar is ook ander kreatiewe maniere om nuwe deeltjies te vind.

In 'n artikel wat in die tydskrif gepubliseer is Fisiese oorsig D (ook beskikbaar by arxiv.org), bied die span 'n metode aan om die bestaan ​​van hipotetiese "aksies" te bewys. Hierdie aksies kan rondom 'n swart gat ophoop en energie daaruit onttrek. Hierdie proses kan swaartekraggolwe uitstraal, wat dan gemeet kan word.

Aksies is hipotetiese deeltjies met 'n baie lae massa. Volgens Albert Einstein hou massa direk verband met energie, en daarom is baie min energie nodig om aksies te produseer.

"Die bestaan ​​van aksies is nie bewys nie, maar dit word beskou as heel waarskynlik", het dr Daniel Grumiller, 'n senior outeur van die artikel, gesê. Saam met dr Gabriela Mocanu het hy bereken hoe aksies opgespoor kon word.

In die kwantumfisika word elke deeltjie as 'n golf beskryf. Die golflengte stem ooreen met die deeltjie se energie. Swaar deeltjies het klein golflengtes, maar die lae-energie-aksies kan golflengtes van baie kilometers hê.

Die nuwe bevindings toon dat aksies 'n swart gat kan omring, soortgelyk aan elektrone wat die kern van 'n atoom omring. In plaas van die elektromagnetiese krag, wat die elektrone en die kern aanmekaar bind, is dit die swaartekrag wat tussen die aksies en die swart gat inwerk.

Daar is egter 'n baie belangrike verskil tussen elektrone in 'n atoom en aksies rondom 'n swart gat. Elektrone is fermione - wat beteken dat twee daarvan nooit in dieselfde toestand kan wees nie. Aksies daarenteen is bosone, baie daarvan kan dieselfde kwantumtoestand op dieselfde tyd inneem. Hulle kan 'n 'boson-wolk' skep rondom die swart gat. Hierdie wolk suig voortdurend energie uit die swart gat en die aantal aksies in die wolk neem toe.

So 'n wolk is nie noodwendig stabiel nie. "Net soos 'n los hoop sand wat skielik kan gly, veroorsaak deur nog een sandkorrel, kan hierdie bosonwolk skielik ineenstort", het dr. Grumiller verduidelik.

Die opwindende ding van so 'n ineenstorting is dat hierdie "bose-nova" gemeet kon word. Hierdie gebeurtenis sou ruimte en tyd laat vibreer en swaartekraggolwe uitstraal.

Die nuwe studie toon dat hierdie swaartekraggolwe ons nie net nuwe insigte oor sterrekunde kan gee nie, maar ook meer oor nuwe soorte deeltjies kan vertel.

Bibliografiese inligting: Mocanu G., Grumiller D. 2012. Selfgeorganiseerde kritiek in bosonwolke rondom swart gate. Fis. Ds D 85 doi: 10.1103 / PhysRevD.85.105022


Sterrekundiges gebruik superrekenaars om atome te bestudeer wat aan swart gate gekoppel is

Superwarm atome in die ruimte hou die sleutel tot 'n astronomiese raaisel, en 'n sterrekundige van die Ohio State University probeer om die atome hier op aarde te bestudeer.

Anil Pradhan, professor in sterrekunde, en sy span het superrekenaars gebruik om die akkuraatste energieberekeninge vir hierdie atome en hul eienskappe te maak. As gevolg hiervan sal sterrekundiges - in die besonder diegene wat op swart gate jag - 'n beter idee hê van waarna hulle kyk as hulle die ruimte-materie met behulp van X-straalteleskope ondersoek.

Die resultate verskyn in die September-uitgawe van die Tydskrif vir Fisika B: Atoom-, molekulêre en optiese fisika. En hoewel die onderwerp van die koerant uiters tegnies is, vertel dit 'n verhaal wat die atoomfisika, die relatiwiteitsteorie van Einstein, voorpunt-astronomiese waarnemings en van die wêreld se vinnigste superrekenaars saamweef.

Sterrekundiges het die see van superwarm atome in plasma-vorm bespied en om die middelpunt van baie helder sterrestelsels, wat aktiewe galaktiese kerne genoem word, omring. Daar word vermoed dat die plasma 'n teken is van 'n swart gat, die swart gat self is onsigbaar, maar enige materiaal wat daarin spiraal, moet baie warm wees en helder skyn met X-strale.

Voordat iemand definitief kan bewys of aktiewe sterrestelsels swart gate bevat, moet sterrekundiges die energievlakke van die opgewekte atome in die plasma baie presies meet en die metings ooreenstem met wat hulle van die atoomfisika weet.

Die versekering van die akkuraatheid van atoomdata klink nie na die opwindendste werk in die sterrekunde nie, het Pradhan toegegee - maar dit is fundamenteel belangrik.

"Die meeste sterrekundiges aanvaar dit as vanselfsprekend dat die atoomdata waarna hulle verwys, korrek is - dit moet om hul waarnemings te interpreteer," het hy gesê.

Die professor in sterrekunde het dertig jaar lank aan die probleem gewerk. Die nuwe röntgendata met hoë resolusie wat deur die Chandra X-ray Observatory van NASA en die Europese Ruimteagentskap se X-straalspieël Mission-Newton-satelliet versamel is, het hom aangespoor. Omdat hy van mening was dat sulke waarnemings van hoë gehalte goeie atoomdata vereis, het hy en sy span - wat ook gelei word deur die senior navorsingswetenskaplike Sultana Nahar, in Ohio - besluit om die akkuraatste atoomberekeninge moontlik te maak.

Na jare se rekenaarkodes en duisende ure se rekenaartyd by die Ohio Supercomputer Center, het hulle die energievlakke van hoë-temperatuuratome bereken wat wissel van koolstof tot yster - die atome wat in hierdie plasmas voorkom.

Sommige van die voorheen aanvaarde waardes vir hierdie atome het foute van 30 persent tot so hoog as faktore van twee of drie erken. Met die nuwe berekeninge wat in hierdie studie gerapporteer is, is die fout vir al die atome verminder tot 'n paar persent.

Dit beteken dat voortaan, wanneer sterrekundiges X-straalbeelde van voorwerpe in die ruimte opneem, 'n baie beter idee sal hê van watter atome die materiaal vorm waarna hulle kyk, en die fisiese toestande in die voorwerp.

Die atoom waarin die meeste swartgatjagters belangstel, is yster, en daar kom Einstein se algemene relatiwiteitsteorie in.

Die geweldige swaartekrag van 'n swart gat moet volgens die relatiwiteit die X-straalsignaal, soos gesien vanaf die aarde, verwring, veral vir ysteratome. Die sein is 'n spektrum en lyk soos 'n reeks lyne, met elke atoom wat sy eie lyn het. Veral een lyn, die yster K-alfa-lyn genoem, lyk verbreed vir X-strale wat voortspruit uit die middelpunt van aktiewe sterrestelsels, en dit word dikwels as 'n belangrike aanduiding van 'n swart gat genoem.

Dertien jaar gelede het Pradhan, Nahar en hul kollegas begin met 'n studie genaamd die Iron Project. Hul doel is deels om uit te vind waarom die yster K-alfa-lyn verbreed word en wat die implikasies daarvan is vir X-straal-sterrekunde.

"Die mees direkte waarneming van 'n swart gat word as die yster K-alfa-lyn beskou," het Pradhan gesê. "Dit is dus baie belangrik om uit te vind of dit verbreed is omdat daar 'n swart gat in die omgewing is, of dat daar 'n ander oorsaak is."

Hy is hoopvol dat sterrekundiges sy nuwe data sal toepas op studies van die yster K-alfa-lyn en sal help om die raaisel op te los.


Sterrekundiges gebruik superrekenaars om atome te bestudeer wat aan swart gate gekoppel is

Superwarm atome in die ruimte hou die sleutel tot 'n astronomiese raaisel, en 'n sterrekundige van die Ohio State University probeer om die atome hier op aarde te bestudeer.

Anil Pradhan, professor in sterrekunde, en sy span het superrekenaars gebruik om die akkuraatste energieberekeninge vir hierdie atome en hul eienskappe te maak. As gevolg hiervan sal sterrekundiges - in die besonder diegene wat op swart gate jag - 'n beter idee hê van waarna hulle kyk as hulle die ruimte-materie met behulp van X-straalteleskope ondersoek.

Die resultate verskyn in die September-uitgawe van die Tydskrif vir Fisika B: Atoom-, molekulêre en optiese fisika. En hoewel die onderwerp van die koerant uiters tegnies is, vertel dit 'n verhaal wat die atoomfisika, die relatiwiteitsteorie van Einstein, voorpunt-astronomiese waarnemings en van die wêreld se vinnigste superrekenaars saamweef.

Sterrekundiges het die see van superwarm atome in plasma-vorm bespied en om die middelpunt van baie helder sterrestelsels, wat aktiewe galaktiese kerne genoem word, omring. Daar word vermoed dat die plasma 'n teken is van 'n swart gat, die swart gat self is onsigbaar, maar enige materiaal wat daarin spiraal, moet baie warm wees en helder skyn met X-strale.

Voordat iemand definitief kan bewys of aktiewe sterrestelsels swart gate bevat, moet sterrekundiges die energievlakke van die opgewekte atome in die plasma baie presies meet en die metings ooreenstem met wat hulle van die atoomfisika weet.

Die versekering van die akkuraatheid van atoomdata klink nie na die opwindendste werk in die sterrekunde nie, het Pradhan toegegee - maar dit is fundamenteel belangrik.

"Die meeste sterrekundiges aanvaar dit as vanselfsprekend dat die atoomdata waarna hulle verwys, korrek is - dit moet om hul waarnemings te interpreteer," het hy gesê.

Die professor in sterrekunde het dertig jaar lank aan die probleem gewerk. Die nuwe röntgendata met hoë resolusie wat deur die Chandra X-ray Observatory van NASA en die Europese Ruimteagentskap se X-straalspieël Mission-Newton-satelliet versamel is, het hom aangespoor. Omdat hy van mening was dat sulke waarnemings van hoë gehalte goeie atoomdata vereis, het hy en sy span - wat ook gelei word deur die senior navorsingswetenskaplike Sultana Nahar, in Ohio - besluit om die akkuraatste atoomberekeninge moontlik te maak.

Na jare se rekenaarkodes en duisende ure se rekenaartyd by die Ohio Supercomputer Center, het hulle die energievlakke van hoë-temperatuuratome bereken wat wissel van koolstof tot yster - die atome wat in hierdie plasmas voorkom.

Sommige van die voorheen aanvaarde waardes vir hierdie atome het foute van 30 persent tot so hoog as faktore van twee of drie erken. Met die nuwe berekeninge wat in hierdie studie gerapporteer is, is die fout vir al die atome verminder tot 'n paar persent.

Dit beteken dat voortaan, wanneer sterrekundiges X-straalbeelde van voorwerpe in die ruimte opneem, 'n baie beter idee sal hê van watter atome die materiaal vorm waarna hulle kyk, en die fisiese toestande in die voorwerp.

Die atoom waarin die meeste swartgatjagters belangstel, is yster, en daar kom Einstein se algemene relatiwiteitsteorie in.

Die geweldige swaartekrag van 'n swart gat moet volgens die relatiwiteit die X-straalsignaal, soos gesien vanaf die aarde, verwring, veral vir ysteratome. Die sein is 'n spektrum en lyk soos 'n reeks lyne, met elke atoom wat sy eie lyn het. Veral een lyn, die yster K-alfa-lyn genoem, lyk verbreed vir X-strale wat voortspruit uit die middelpunt van aktiewe sterrestelsels, en dit word dikwels as 'n belangrike aanduiding van 'n swart gat genoem.

Dertien jaar gelede het Pradhan, Nahar en hul kollegas begin met 'n studie genaamd die Iron Project. Hul doel is deels om uit te vind waarom die yster K-alfa-lyn verbreed word en wat die implikasies daarvan is vir X-straal-sterrekunde.

"Die mees direkte waarneming van 'n swart gat word as die yster K-alfa-lyn beskou," het Pradhan gesê. "Dit is dus baie belangrik om uit te vind of dit verbreed is omdat daar 'n swart gat in die omgewing is, of dat daar 'n ander oorsaak is."

Hy is hoopvol dat sterrekundiges sy nuwe data sal toepas op studies van die yster K-alfa-lyn en sal help om die raaisel op te los.


Sterrekunde sonder 'n teleskoop en swart gate: die vroeë jare

Daar is 'n groeiende siening dat swart gate in die vroeë heelal moontlik die saad was waarom die meeste van die hedendaagse groot sterrestelsels (nou met supermassiewe swart gate binne) die eerste keer gegroei het. En as u 'n stap verder terug neem, kan dit ook so wees dat swart gate die sleutel was tot die reïonisering van die vroeë interstellêre medium en wat dan die grootskaalse struktuur van die hedendaagse heelal beïnvloed het.

Om die beginjare saam te vat ... Eerstens was die oerknal & # 8211, en vir ongeveer drie minute was alles baie kompak en dus baie warm & # 8211, maar na drie minute het die eerste protone en elektrone gevorm en vir die volgende 17 minute 'n deel daarvan protone was in wisselwerking om heliumkerne te vorm & # 8211 totdat die uitbreidende heelal op 20 minute na die oerknal te koel geword het om die nukleosintese te handhaaf. Van daar af het die protone en die heliumkerne en die elektrone die volgende 380 000 jaar net rondgespring as 'n baie warm plasma.

Daar was ook fotone, maar daar was min kans vir hierdie fotone om iets te doen, behalwe om gevorm te word en dan onmiddellik weer op te neem deur 'n aangrensende deeltjie in daardie braai warm plasma. Maar op 380,000 jaar het die uitbreidende heelal genoeg afgekoel vir die protone en die heliumkerne om met elektrone te kombineer om die eerste atome te vorm & # 8211 en skielik het die fotone 'n leë ruimte gelaat om af te skiet as die eerste ligstrale & # 8211 wat ons vandag nog kan opspoor as die kosmiese mikrogolfagtergrond.

Wat gevolg het, was die sogenaamde donker eeue tot ongeveer 'n half miljard jaar na die oerknal die eerste sterre begin vorm het. Dit is waarskynlik dat hierdie sterre groot was, soos regtig groot, aangesien die koel, stabiele waterstof (en helium) atome wat maklik beskikbaar was, versamel en versamel is. Sommige van hierdie vroeë sterre kon so groot gewees het dat hulle hulself vinnig in stukke geblaas het as supernovas met paar onstabiliteit. Ander was net baie groot en het in swart gate ineengestort - baie van hulle het te veel selfdwaartekrag om 'n supernova-ontploffing toe te laat om enige materiaal uit die ster uit te blaas.

En dit is omtrent hier wat die reïoniseringsverhaal begin. Die koel, stabiele waterstofatome van die vroeë interstellêre medium het nie baie lank koel en stabiel gebly nie. In 'n kleiner heelal vol dig-verpak massiewe sterre, is hierdie atome vinnig weer opgewarm, wat veroorsaak het dat hul elektrone dissosieer en hul kerne weer vrye ione geword het. Dit het 'n lae digtheid plasma geskep en is nog steeds baie warm, maar te diffus om nie meer ondeursigtig te wees nie.

Wel, regtig van ione tot atome tot ione weer - vandaar die term reionisering. Die enigste verskil is dat die gereïoniseerde plasma van die interstellêre medium, na 'n halfmiljard jaar sedert die oerknal, so diffus was dat dit deursigtig - en nog steeds - deursigtig vir straling gebly het. Krediet: nuwe wetenskaplike.

Dit is waarskynlik dat hierdie re-ioniseringsstap dan die grootte beperk het waarop nuwe sterre kan groei - sowel as die beperkte geleenthede vir nuwe sterrestelsels om te groei & # 8211 aangesien warm, opgewonde ione minder geneig is om te versamel en te versamel as koel, stabiele atome. Reïonisering het moontlik bygedra tot die huidige verspreiding van materie - wat in groot, diskrete sterrestelsels georganiseer is, eerder as 'n eweredige verspreiding van sterre.

En daar word voorgestel dat vroeë swart gate - eintlik swart gate in X-straal-binaries met groot massa - 'n beduidende bydrae kon gelewer het tot die re-ionisering van die vroeë heelal. Rekenaarmodellering dui daarop dat die vroeë heelal, met die neiging tot baie massiewe sterre, baie meer geneig is om swart gate as sterreste te hê, eerder as neutronsterre of wit dwerge. Die swart gate is ook dikwels in binêre as in isolasie (aangesien massiewe sterre meer dikwels stelsels vorm as klein sterre).

Dus met 'n massiewe binêr waar een komponent 'n swart gat is - sal die swart gat vinnig 'n groot aanwas-skyf begin ophoop wat bestaan ​​uit materie wat van die ander ster afkomstig is. Dan sal die aanwasskyf hoë energie-fotone begin uitstraal, veral op X-straal-energievlakke.

Alhoewel die aantal ioniserende fotone wat deur 'n aanwas swart gat uitgestraal word, waarskynlik dieselfde is as dié van sy helder, ligter voorvaderster, sou daar verwag word dat dit 'n baie hoër persentasie X-straalfoto's met 'n hoë energie sal uitstraal & # 8211 potensieel verhitting en ionisering van verskeie atome in sy pad, terwyl 'n helder ster & # 8217; s foton & # 8217; s dalk net reioniseer een of twee atome.


Sterrekunde sonder 'n teleskoop en swart gate: die vroeë jare

Daar is 'n groeiende siening dat swart gate in die vroeë heelal moontlik die saad was waarom die meeste van die hedendaagse groot sterrestelsels (nou met supermassiewe swart gate binne) die eerste keer gegroei het. En as ons 'n stap verder terug neem, kan dit ook so wees dat swart gate die sleutel was tot die reïonisering van die vroeë interstellêre medium wat die grootskaalse struktuur van die hedendaagse heelal beïnvloed het.

Om die beginjare saam te vat ... Eerstens was die oerknal & # 8211, en vir ongeveer drie minute was alles baie kompak en dus baie warm & # 8211, maar na drie minute het die eerste protone en elektrone gevorm en vir die volgende 17 minute 'n deel daarvan protone was in wisselwerking om heliumkerne te vorm & # 8211 totdat die uitbreidende heelal op 20 minute na die oerknal te koel geword het om die nukleosintese te handhaaf. Van daar af het die protone en die heliumkerne en die elektrone die volgende 380 000 jaar net rondgespring as 'n baie warm plasma.

Daar was ook fotone, maar daar was min kans vir hierdie fotone om iets te doen, behalwe om gevorm te word en dan onmiddellik weer op te neem deur 'n aangrensende deeltjie in daardie braai warm plasma. Maar op 380 000 jaar het die uitbreidende heelal genoeg afgekoel vir die protone en die heliumkerne om met elektrone te kombineer om die eerste atome te vorm en # 8211 en skielik het die fotone 'n leë ruimte gelaat om af te skiet as die eerste ligstrale & # 8211 wat ons vandag nog kan opspoor as die kosmiese mikrogolfagtergrond.

Wat gevolg het, was die sogenaamde donker eeue tot ongeveer 'n half miljard jaar na die oerknal die eerste sterre begin vorm het. Dit is waarskynlik dat hierdie sterre groot was, soos regtig groot, aangesien die koel, stabiele waterstof (en helium) atome wat maklik beskikbaar was, versamel en versamel is. Sommige van hierdie vroeë sterre kon so groot gewees het dat hulle hulself vinnig in stukke geblaas het as supernovas met paar onstabiliteit. Ander was net baie groot en het in swart gate ineengestort - baie van hulle het te veel selfdwaartekrag om 'n supernova-ontploffing toe te laat om enige materiaal uit die ster uit te blaas.

En dit is omtrent hier wat die reïoniseringsverhaal begin. Die koel, stabiele waterstofatome van die vroeë interstellêre medium het nie baie lank koel en stabiel gebly nie. In 'n kleiner heelal vol dig-verpak massiewe sterre, is hierdie atome vinnig weer opgewarm, wat veroorsaak het dat hul elektrone dissosieer en hul kerne weer vrye ione geword het. Dit het 'n lae digtheid plasma geskep en is nog steeds baie warm, maar te diffus om nie meer ondeursigtig te wees nie.

Wel, regtig van ione tot atome tot ione weer - vandaar die term reionisering. Die enigste verskil is dat die re-ioniseerde plasma van die interstellêre medium, na 'n halfmiljard jaar sedert die oerknal, so diffus was dat dit deursigtig vir straling gebly het - en nog steeds - bly. Krediet: nuwe wetenskaplike.

It’s likely that this reionization step then limited the size to which new stars could grow – as well as limiting opportunities for new galaxies to grow – since hot, excited ions are less likely to aggregate and accrete than cool, stable atoms. Reionization may have contributed to the current ‘clumpy’ distribution of matter – which is organized into generally large, discrete galaxies rather than an even spread of stars everywhere.

And it’s been suggested that early black holes – actually black holes in high mass X-ray binaries – may have made a significant contribution to the reionization of the early universe. Computer modelling suggests that the early universe, with a tendency towards very massive stars, would be much more likely to have black holes as stellar remnants, rather than neutron stars or white dwarfs. Also, those black holes would more often be in binaries than in isolation (since massive stars more often form multiple systems than do small stars).

So with a massive binary where one component is a black hole – the black hole will quickly begin to accumulate a large accretion disk composed of matter drawn from the other star. Then that accretion disk will begin to radiate high energy photons, particularly at X-ray energy levels.

While the number of ionizing photons emitted by an accreting black hole is probably similar to that of its bright, luminous progenitor star, it would be expected to emit a much higher proportion of high energy X-ray photons – with each of those photons potentially heating and ionizing multiple atoms in its path, while a luminous star’s photon’s might only reionize one or two atoms.


A Supermassive Black Hole’s Fiery and Furious Wind

When you think of black holes, you probably think they are chaotic destroyers of all wandering through space devouring everything in their path, and once something gets too close, it’s gone forever.

That’s a little unfair. Actually, a lot unfair. They only eat stuff that’s nearby, for one thing. And for another, they’re sloppy eaters. Not everything falls straight down their gullet a lot of it can swirl around the black hole in what’s called an accretion disk. Material in that disk can be heated to terrifyingly high temperatures, millions of degrees, causing it to glow fiercely bright. It can blast out X-rays, and even create an intensely strong wind of material that flows away from the black hole.

We also know that every big galaxy we look at has a supermassive black hole in its very center. If that black hole has gas and matter falling into it, the accretion disk can be huge and ridiculously, soul-crushingly bright. The luminosity of such an object can easily outshine the hundreds of billions of stars in the host galaxy, and make the black hole visible clear across the Universe.

This sets up an interesting problem. When you have a monster in the middle like that, how does it affect the rest of the galaxy? A curious fact was discovered many years ago the mass of the black hole in a galaxy seems to correlate with how the stars in the galaxy orbit. You might think “duh” to that, but hang on. Even though a black hole can have a mass of a billion times the Sun, that’s a teeny tiny fraction of the mass of a galaxy with a few hundred billion stars in it.

Somehow, the black hole is affecting the galaxy around it on a huge scale. How?

The obvious way is through this wind, this cosmic hurricane of particles blasting outward from it at high fractions of the speed of light. Studying that wind is maddeningly difficult, though. For example, when we look right at the center of the galaxy, all we can see is the extremely narrow slice of gas between us and the black hole. That gas absorbs the light coming from the accretion disk, blocking it. As it happens, different kinds of atoms block different colors of light. One type of iron, for example, that has a lot of its electrons ripped away from the intense energy blasting away nearby, is really good at absorbing a very specific wavelength of X-rays.

That can tell you something about the gas, like how hot it is, and how fast the gas is moving away from the black hole. But what it doesn’t tell you is the overall shape of the wind. Is it blowing out spherically, like an expanding balloon, or is it focused into narrow beams?

Lots of black holes have those beams screaming away from them. We know this because we can see them. But not every black hole has them. So how can you figure out the shape of the wind?

Some astronomers have just announced they found a way. The black hole they observed is a billion-solar-mass beast in the center of the galaxy PDS 456, which is about 2 billion light-years away. It’s fairly well studied, and is a good example of a typical “active galaxy,” one with an actively feeding black hole in its core.

They observed it using two different observatories: XMM-Newton and NuSTAR. Both can sort incoming X-rays into their individual energies (think of that like color in light we see). XMM-Newton could see the gas blocking the black hole directly, but can’t detect any gas anywhere else. NuSTAR, however, is able to see the kind of X-rays that would be coming from gas surrounding the black hole … and it did. Looking at the spectrum of the X-rays, it found the unmistakable signature of gas expanding outward in a sphere (if you want technical stuff, it saw a classic P-Cygni profile).

This is a big deal. The geometry of the expanding wind can tell us its total energy. Think of it this way: Imagine you have a 1-watt light bulb. It looks pretty dim, because it’s sending light out in all directions. Only a little bit of the light is heading into your eye. But if I have a flashlight, it focuses the energy emitted, so it can gather up all the light being wasted in other directions and beam it toward you. The bulb in a flashlight can be a lot dimmer, but still look brighter to you because of that.

Photo by X-ray: NASA/CXC/U.Birmingham/M.Burke et al.

And that’s the basis of these new observations. They saw that the wind from the black hole is expanding in all directions, which means the astronomers could determine the overall physical nature of the wind. It turns out the black hole is blasting a wind that totals 10 times the Sun’s mass every year—and mind you, that vast amount of stuff is screaming out at tens of thousands of kilometers per second. If I’ve done my math right (and I have I checked), that means the mechanical energy in that wind is a staggering 10 trillion times the total energy the Sun emits every second.

And that wind is blowing outward in all directions, so it can easily affect the gas around it, even thousands of light-years away. This in turn would affect how stars form in a galaxy, and explain the relationship we see between the black hole and the stars in the galaxy around it.

And here’s the really cool thing: We think those big black holes form at the same time as the galaxy itself. As the zillions of tons of gas swirl around in the proto-galaxy, assembling itself into stars, some of it is falling into the nascent black hole in the center of that maelstrom. It forms a disk around the black hole, heats up, and starts to blast out a wind. This wind slams into the gas around it, all around it, blowing it hither and yon.

When the galaxy finally coalesces as a massive island universe of billions of stars, the motions of the stars themselves still have the fingerprint of the black hole’s wind imprinted on them, even billions of years later. And that wind may have helped trigger more stars being born as it rams into and compresses the gas around it, just as it can also shut down star formation by blowing that gas away.

Our galaxy, the Milky Way, has such a black hole in the middle. It’s not a big one as they go, a mere 4 million times the mass of the Sun. But 10 billion years ago, when our galaxy was forming, it may have been active, and may have affected the young galaxy around it as well.

When you go outside at night and look at the stars, think on that. If you can see Sagittarius, you’re looking toward the center of our galaxy, where that monster dwells. It’s surrounded by billions of stars, so distant from us their light merges into a soft glow. But they’re there, those myriad stars, and their motions, their formation, even their existence itself may have been profoundly influenced by a black hole that we didn’t even know existed until a few decades ago.

Ah, science. It allows us to wonder about the inner workings of the Universe we live in, and then shows us how the pieces fit together. If there is a grander, more exhilarating adventure than that, I don’t know what it is.


Scientists Solve Long Standing Mystery of Black Hole Jets

This is a model of the black hole system with jets. Image credit: J. Miller-Jones, ICRAR / R. Hynes.

Stellar-mass black holes are often found feasting on material from a companion star. Matter flows from the star towards the black hole, circling in a disc around it with a temperature so high that it emits X-rays.

The black hole can be a fussy eater: instead of swallowing all of the material, it sometimes pushes a fraction of it away in the form of two powerful jets of particles. Because these jets release mass and energy into the surroundings, the black hole has less material to feed on.

By studying the composition of the jets, scientists can learn more about the feeding habits of black holes.

Observations at radio wavelengths have already found that black hole jets contain electrons moving at close to the speed of light. But, until now, it was not clear whether the negative charge of the electrons is complemented by their anti-particles, positrons, or rather by heavier positively-charged particles in the jets, like protons or atomic nuclei.

In a new study, published online today in the journal Aard, the scientists observed a black hole binary system called 4U1630-47.

The black hole was known to be active, but radio observations did not show any jets, and the X-ray spectrum didn’t reveal anything unusual. However, a few weeks later, the team took another look and this time saw radio emissions corresponding to the sudden appearance of these jets, and even more interestingly, lines had appeared in the X-ray spectrum – the tell-tale signature of ordinary atoms – around the black hole.

“Intriguingly, we found the lines were not where they should be, but rather were shifted significantly,” said study second author Dr James Miller Jones of the International Center for Radio Astronomy Research.

The same effect occurs when a siren from a vehicle changes pitch as it moves towards or away from us, as the sound wave is shortened or lengthened by the movement.

“It led us to conclude the particles were being accelerated to fast speeds in the jets, one directed towards Earth, and the other one in the opposite direction,” said co-author Dr Simone Migliari from the University of Barcelona said.

This is the first strong evidence of such particles in jets from a typical small black hole.

“We’ve known for a long time that jets contain electrons, but haven’t got an overall negative charge, so there must be something positively charged in them too,” Dr Miller Jones said.

Positively charged atoms are much heavier than the positrons scientists thought might make up the jets, and therefore the jets can carry away far more energy from the black hole than previously confirmed.

What’s more, astronomers aren’t sure whether the jets are powered by the spin of the rotating black hole itself, or whether they are instead launched directly from the disk of matter that surrounds the black hole.

“Our results suggest it’s more likely the disk is responsible for channeling the matter into the jets, and we are planning further observations to try and confirm this,” Dr Miller-Jones said.

The scientists also determined the jets were moving at 66 percent of the speed of light, or 198,000 km/s, the most accurate determination to date of the jet speed from a run-of-the-mill black hole that’s a few times the mass of the Sun.

Bibliographic information: María Díaz Trigo et al. Baryons in the relativistic jets of the stellar-mass black-hole candidate 4U 1630-47. Aard, published online November 13, 2013 doi: 10.1038/nature12672


Kyk die video: Ja, korporaal! (November 2022).