블랙홀의 작동 원리

누군가가 "내 책상이 블랙홀이 되었다!"라는 말을 들었을 것입니다. 텔레비전 에서 천문학 프로그램을 보거나 블랙홀에 대한 잡지 기사를 읽었을 것입니다. 이 이국적인 물체는 1915년 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의해 예측된 이후로 우리의 상상력을 사로잡았습니다 .

블랙홀이란? 그들은 정말로 존재합니까? 어떻게 찾을 수 있습니까? 이 기사에서 우리는 블랙홀을 조사하고 이 모든 질문에 답할 것입니다!

내용물

1. 블랙홀이란?
2. 블랙홀의 종류
3. 블랙홀을 감지하는 방법

블랙홀은 거대한 때 남아있는 것입니다 별이 죽는다.

How Stars Work 를 읽었다면 별이 거대하고 놀라운 핵융합로 라는 것을 알 것입니다 . 별은 매우 무겁고 가스로 구성되어 있기 때문에 항상 별을 붕괴시키려는 강력한 중력장이 있습니다. 핵에서 일어나는 핵융합 반응 은 별을 폭발시키려는 거대한 핵융합 폭탄 과 같습니다 . 중력과 폭발력 사이 의 균형 이 별의 크기를 정의합니다.

별이 죽으면서 핵융합 반응은 이러한 반응의 연료가 연소되기 때문에 중단됩니다. 동시에 별의 중력은 물질을 안쪽으로 끌어당겨 핵을 압축합니다. 핵이 압축되면서 가열되어 결국 물질과 방사선이 우주로 폭발하는 초신성 폭발을 일으킵니다. 남아 있는 것은 고도로 압축되고 매우 방대한 코어입니다. 핵의 중력은 너무 강해서 빛 조차 빠져나갈 수 없습니다.

이 물체는 이제 블랙홀이 되어 문자 그대로 시야에서 사라집니다. 핵의 중력이 너무 강하기 때문에 핵이 시공간 의 천을 뚫고 가라앉아 시공간 에 구멍이 생기는데, 이것이 물체를 블랙홀 이라고 부르는 이유 입니다.

핵은 특이점 이라고 하는 블랙홀의 중심 부분이 됩니다 . 구멍이 열리는 것을 이벤트 호라이즌 이라고 합니다 .

사건의 지평선은 블랙홀의 입구라고 생각할 수 있습니다. 어떤 것이 사건의 지평선을 지나면 영원히 사라집니다. 사건의 지평선 안에 들어가면 모든 "사건"(시공간의 점)이 멈추고 어떤 것도(심지어 빛) 탈출할 수 없습니다. 사건 지평선의 반지름은 블랙홀 이론을 주도한 천문학자 칼 슈바르츠실트의 이름을 따서 슈바르츠실트 반지름 이라고 합니다 .

역사

빛이 빠져나갈 수 없는 물체(예: 블랙홀)의 개념은 원래 1795년 Pierre Simon Laplace에 의해 제안되었습니다. Laplace는 Newton의 중력 이론을 사용 하여 물체가 충분히 작은 반경으로 압축되면 탈출 그 물체의 속도는 빛의 속도보다 빠를 것입니다.

블랙홀에는 두 가지 유형이 있습니다.

실트 블랙홀 코어가 회전하지 않는 간단한 블랙홀이다. 이러한 유형의 블랙홀에는 특이점과 사건 지평선만 있습니다.

커 아마 자연의 가장 흔한 형태입니다 블랙홀, 회전 그것이 형성되는 별은 회전하고 있기 때문이다. 회전하는 별이 붕괴할 때 핵은 계속 회전하고 이것은 블랙홀로 전달됩니다( 각운동량 보존 ). Kerr 블랙홀에는 다음과 같은 부분이 있습니다.

물체가 에르고스피어(ergosphere) 속으로 통과 하면 구멍의 회전에서 에너지를 얻어 블랙홀에서 여전히 방출될 수 있습니다.

그러나 물체가 사건의 지평선을 넘어 서면 블랙홀 속으로 빨려들어가 절대 탈출하지 못한다. 블랙홀 내부에서 어떤 일이 일어나는지는 알려져 있지 않습니다. 우리의 현재 물리학 이론조차도 특이점 부근에는 적용되지 않습니다.

블랙홀을 볼 수는 없지만 측정할 수 있거나 측정할 수 있는 세 가지 속성이 있습니다.

현재로서는 블랙홀 주위의 다른 물체의 움직임에 의해서만 블랙홀 의 질량 을 신뢰할 수 있게 측정할 수 있습니다 . 블랙홀에 동반자가 있다면(또 다른 별이나 물질의 원반), 보이지 않는 블랙홀 주변의 물질의 회전 반경이나 궤도 속도를 측정하는 것이 가능합니다. 블랙홀의 질량은 케플러의 수정된 행성 운동 제3법칙 또는 회전 운동을 사용하여 계산할 수 있습니다 .

 

블랙홀을 볼 수는 없지만 주변 물체에 미치는 영향을 측정하여 블랙홀의 존재를 감지하거나 추측할 수 있습니다. 다음 효과를 사용할 수 있습니다.

대량의

많은 블랙홀 주변에 물체가 있으며 물체의 행동을 보면 블랙홀의 존재를 감지할 수 있습니다. 그런 다음 블랙홀로 의심되는 물체 주변의 물체 움직임을 측정하여 블랙홀의 질량을 계산합니다.

당신이 찾는 것은 마치 근처에 큰 덩어리가 있는 것처럼 행동하는 별이나 가스 원반입니다. 예를 들어, 눈에 보이는 별이나 가스 원반이 "흔들리는" 운동이나 회전을 하고 이 운동에 대한 가시적인 이유가 없고 보이지 않는 이유가 질량이 3보다 큰 물체에 의해 야기된 것처럼 보이는 효과가 있는 경우 태양 질량(중성자 별이 되기에는 너무 큼), 블랙홀이 운동을 일으키고 있을 가능성이 있습니다. 그런 다음 보이는 물체에 미치는 영향을 보고 블랙홀의 질량을 추정합니다.

예를 들어, 은하 NGC 4261의 중심에는 회전하는 갈색의 나선형 원반이 있습니다. 원반은 우리 태양계의 크기와 비슷하지만 무게는 태양의 12억 배입니다. 디스크의 이러한 거대한 질량은 디스크 내부에 블랙홀이 있음을 나타낼 수 있습니다.

중력 렌즈

아인슈타인의 일반 상대성 이론은 중력이 공간을 구부릴 수 있다고 예측했습니다 . 이것은 나중에 일식 중에 별의 위치가 일식 전, 도중 및 후에 측정되었을 때 확인되었습니다 . 별에서 오는 빛이 태양의 중력에 의해 휘어졌기 때문에 별의 위치가 바뀌었다. 따라서 지구와 먼 물체 사이에 엄청난 중력을 가진 물체(은하 또는 블랙홀)는 렌즈 처럼 멀리 있는 물체의 빛을 초점으로 구부릴 수 있습니다. 이 효과는 아래 이미지에서 볼 수 있습니다.

이미지에서 MACHO-96-BL5의 밝기는 중력 렌즈 가 지구와 통과 할 때 발생 했습니다. 경우 허블 망원경 오브젝트 보았다, 그것은 중력 렌즈 효과를 표시하는 가깝게 객체의 두 이미지를 보았다. 방해하는 물체는 보이지 않았습니다. 따라서 블랙홀이 지구와 물체 사이를 통과했다고 결론지었습니다.

방출된 방사선

물질이 동반성에서 블랙홀로 떨어지면 수백만 켈빈으로 가열되어 가속됩니다. 과열된 물질은 X선을 방출하며, 이는 궤도를 도는 찬드라 X선 천문대 와 같은 X선 망원경 으로 감지할 수 있습니다 .

백조자리 X-1 별은 강력한 X선 소스이며 블랙홀의 좋은 후보로 간주됩니다. 위 사진과 같이 동 반성 HDE 226868의 항성풍 은 블랙홀을 둘러싸고 있는 강착 원반에 물질을 불어넣습니다. 이 물질이 블랙홀에 떨어지면 이 이미지에서 볼 수 있듯이 X선을 방출합니다.

X선 외에도 블랙홀은 물질을 고속으로 방출하여 제트 를 형성할 수 있습니다 . 그러한 제트로 많은 은하가 관찰되었습니다. 현재 이 은하는 중심에 강력한 전파 방출 과 제트를 생성하는 초대질량 블랙홀(태양 질량의 수십억)을 가지고 있는 것으로 생각 됩니다. 그러한 예 중 하나는 아래와 같은 은하 M87입니다.

블랙홀은 우주의 진공 청소기 가 아니라는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 블랙홀이 모든 것을 소모하지는 않습니다. 따라서 블랙홀을 볼 수는 없지만 블랙홀이 존재한다는 간접적인 증거가 있습니다. 그들은 시간 여행 및 웜홀과 관련이 있으며 우주에서 매혹적인 물체로 남아 있습니다.

원래 게시: 2006년 11월 26일

블랙홀은 무엇으로 만들어졌나요?

블랙홀은 몇 개나 될까요?

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