"블랙홀"이라는 말을 들었을 때, 그것은 거의 확실하게 신비와 경이로움을 불러 일으키며 아마도 위험 요소로 물들었습니다. "블랙홀"이라는 용어는 일상 언어에서 "무언가가는 곳, 결코 볼 수없는 곳"과 동의어가되었습니다. 다시 말하지만, 대부분의 사람들은 천문학 세계에서의 사용에 대해 잘 알고 있습니다. 정의.
수십 년 동안 블랙홀을 요약하는 가장 일반적인 후렴구 중 하나는 "중력이 너무 강하고 빛은 빠져 나갈 수 있습니다. "이것은 시작하기에 충분히 정확한 요약이지만 어떻게 그런 일이 시작될 수 있는지 궁금해하는 것은 당연합니다. 와.
다른 질문도 많습니다. 블랙홀 안에 무엇이 있습니까? 다른 유형의 블랙홀이 있습니까? 그리고 그러한 것이 존재하고 측정 할 수 있다고 가정 할 때 일반적인 블랙홀 크기는 얼마입니까? 허블 망원경의 출시는 블랙홀을 연구하는 방법에 혁명을 일으켰습니다.
기본 블랙홀 정보
블랙홀과 나쁜 말장난에 대해 자세히 알아보기 전에 블랙홀의 속성과 형상을 정의하는 데 사용되는 기본 용어를 살펴 보는 것이 좋습니다.
가장 주목할만한 것은 모든 블랙홀의 유효 중심에는특이, 그것은 매우 압축되어 거의 점 질량에 가까운 물질로 구성됩니다. 그 결과로 생성되는 엄청난 밀도는 매우 강력한 중력장을 생성하여 빛의 "입자"인 광자조차도 해방 될 수있는 특정 거리까지 떨어져 있습니다. 이 거리는Schwarzchild 반경; 회전하지 않는 블랙홀에서 (다음 섹션에서 더 역동적 인 유형에 대해 배울 것입니다), 중심에 특이점이있는이 반지름을 가진 보이지 않는 구는중대한 전환점.
물론, 이것들 중 어느 것도 블랙홀이 실제로 어디에서 왔는지 설명하지 않습니다. 그들은 우주 전체에 걸쳐 임의의 장소에서 자발적으로 튀어 나오나요? 그렇다면 외모에 대한 예측 가능성이 있습니까? 그들의 자랑스러운 힘을 고려할 때, 블랙홀이 지구 태양계의 일반적인 근처에 상점을 세울 계획인지 아는 것이 유용 할 것입니다.
블랙홀의 역사: 이론과 초기 증거
블랙홀의 존재는 1700 년대에 처음 제안되었지만, 당시 과학자들은 그들이 제안한 것을 확인하는 데 필요한 도구가 부족했습니다. 1900 년대 초 독일의 천문학 자 칼 슈바르츠 차일드 (예, 저것)는 아인슈타인의 일반 이론을 사용했습니다. 블랙홀의 가장 물리적으로 눈에 띄는 행동을 설정하는 상대성 이론-빛을 "포착"하는 능력.
이론적으로 Schwarzchild의 연구에 따르면 모든 질량은 블랙홀의 기초가 될 수 있습니다. 유일한 요구 사항은 압축 후 반경이 Schwarzchild 반경을 초과하지 않는 것입니다.
블랙홀의 존재는 물리학 자들에게 수수께끼를 안겨주었지만, 해결하려는 시도는 매혹적입니다. 블랙홀 근처의 비범 한 중력으로 인한 시공간 곡률 덕분에 실제로 물리 법칙이 무너지는 것으로 믿어집니다. 사건의 지평선은 인간의 분석으로 접근 할 수 없기 때문에, 이 갈등은 사실상 천체 물리학 자에게는 갈등이 아닙니다.
블랙홀의 크기
블랙홀 크기를 사건 지평선에 의해 형성된 구체라고 생각하면 밀도는 구멍은 그 대신 질량이 특이점을 형성하는 우스꽝스럽고 작은 붕괴 된 별처럼 취급됩니다. 순간).
과학자들은 블랙홀은 특정 원자만큼 작지만 지구상의 산만큼 질량을 가질 수 있다고 믿습니다. 다른 한편, 일부는 여전히 작지만 (원자 크기는 아님) 태양보다 약 15 배 정도 거대 할 수 있습니다. 이들별의 블랙홀지구와 태양계가 존재하는 은하수를 포함한 은하 전체에서 발견됩니다.
또 다른 블랙홀은 훨씬 더 클 수 있습니다. 이들초대형 블랙홀태양의 100 만 배 이상 거대 할 수 있으며 모든 은하의 중심에는 하나가 있다고 믿어집니다. 은하수 중심에있는궁수 자리 A, 수백만 개의 지구를 담을 수있을만큼 충분히 크지 만, 이 부피는 물체의 질량에 비해 약해집니다. 태양의 400 만 개로 추정됩니다.
블랙홀의 형성
블랙홀은 이전에 가볍게 암시 된 위협 이었지만 예측할 수없이 형성되고 나타나는 것이 아니라, 블랙홀은 더 큰 물체와 동시에 형성되는 것으로 믿어집니다. 그들은 "살아있다." 우주 자체가 탄생 한 동시에, 빅뱅 당시 거의 140 억 년 동안 작은 블랙홀이 형성된 것으로 추정됩니다. 전에.
이에 따라 개별 은하 내의 초 거대 질량 블랙홀은 그 은하들이 성간 물질로부터 합쳐져 존재하게 될 때 형성됩니다. 다른 블랙홀은 A라고 불리는 폭력적인 사건의 결과로 형성됩니다.초신성.
초신성은 거대한 천체 불씨처럼 타오르는 별과는 대조적으로 별의 폭발성 또는 "외상성"죽음입니다. 그러한 사건은 별이 연료를 너무 많이 소모하여 자체 질량으로 붕괴되기 시작할 때 발생합니다. 이 파열로 인해 별의 잔존물 대부분을 버리는 반동 폭발이 발생하여 그 자리에 특이점이 남습니다.
블랙홀의 밀도
앞서 언급 한 물리학 자들의 문제 중 하나는 블랙홀 부분의 밀도가 특이점으로 간주된다는 것입니다. 질량이 실제로 얼마나 작은 지 (예: 부피가 얼마나 작은 지) 불확실하기 때문에 무한이 아닌 다른 것으로 계산할 수 없습니다. 차지). 블랙홀의 밀도를 의미있게 계산하려면 Schwarzchild 반경을 사용해야합니다.
지구 질량 블랙홀의 이론적 밀도는 약 2 × 10입니다.27 g / cm3 (참고로 물의 밀도는 1g / cm에 불과합니다.3). 그러한 규모는 일상 생활의 맥락에 넣는 것은 사실상 불가능하지만 우주적 결과는 예측할 수있을 정도로 독특합니다. 이를 계산하려면 다음 예와 같이 블랙홀과 태양의 상대 질량을 사용하여 반지름을 "수정"한 후 질량을 부피로 나눕니다.
샘플 문제 :블랙홀의 질량은 약 390 만 (3.9 × 106) 태양, 태양의 질량은 1.99 × 1033 그램이며 Schwarzchild 반지름이 3 × 10 인 구로 가정합니다.5 센티미터. 밀도는 얼마입니까?
먼저이벤트 지평선을 형성하는 구의 유효 반경Schwarzchild 반경에 블랙홀의 질량과 태양의 질량의 비율을 곱하여 390만으로 주어집니다.
(3 \ times 10 ^ 5) \ times (3.9 \ times 10 ^ 6) = 1.2 \ times 10 ^ {12} \ text {cm}
그런 다음 공식 V = (4/3) πr에서 구한 구의 부피를 계산합니다.3:
V = \ frac {4} {3} \ pi (1.2 \ times 10 ^ {12}) ^ 3 = 7 \ times 10 ^ {36} \ text {cm} ^ 3
마지막으로 구의 질량을이 부피로 나누어 밀도를 얻습니다. 태양의 질량과 블랙홀의 질량이 390 만 배 더 크다는 사실이 주어 졌기 때문에이 질량을 (3.9 × 106)(1.99 × 1033 g) = 7.76 × 1039 지. 따라서 밀도는 다음과 같습니다.
\ frac {7.76 \ times 10 ^ {39}} {7 \ times 10 ^ {36}} = 1.1 \ times 10 ^ 3 \ text {g / cm} ^ 3
블랙홀의 유형
천문학 자들은 블랙홀에 대해 서로 다른 분류 체계를 만들어 왔습니다. 하나는 질량만을 기준으로하고 다른 하나는 전하와 회전을 기준으로합니다. 위에서 언급했듯이 대부분의 (모두는 아니지만) 블랙홀은 지구 자체와 같이 축을 중심으로 회전합니다.
질량에 따라 블랙홀을 분류하면 다음과 같은 시스템이 생성됩니다.
- 원시 블랙홀 :이것들은 지구와 비슷한 질량을 가지고 있습니다. 이것들은 순전히 가설이며 빅뱅 직후의 지역 중력 장애를 통해 형성되었을 수 있습니다.
- 스텔라 질량 블랙홀 :이전에 언급했듯이, 이것들은 약 4-15 개의 태양 질량을 가지며 수명의 종점에서 평균보다 더 큰 별이 "전통적인"붕괴로 인한 결과입니다.
- 중간 질량 블랙홀 :2019 년 현재 확인되지 않은이 블랙홀 (태양보다 수천 배 정도 큰)은 일부 성단에 존재할 수 있으며 나중에 초대형 블랙홀로 피어 날 수 있습니다.
- 초대형 블랙홀 :또한 앞서 언급 한 것처럼, 이것들은 백만에서 10 억의 태양 질량을 자랑하며 큰 은하의 중심에서 발견됩니다.
다른 방법으로 블랙홀은 회전과 전하에 따라 분류 할 수 있습니다.
- Schwarzschild 블랙홀 :일컬어정적 블랙홀, 이러한 유형의 블랙홀은 회전하지 않고 전하가 없습니다. 따라서 질량만으로도 특징이됩니다.
- 커 블랙홀 :이것은 회전하는 블랙홀이지만 Schwarzschild 블랙홀처럼 전하가 없습니다.
- 충전 된 블랙홀 :이들은 두 가지 종류가 있습니다. 충전,비 회전블랙홀은Reissner-Nordstrom 블랙홀, 충전 중,회전블랙홀은Kerr-Newman 블랙홀.
기타 블랙홀 기능
과학자들이 정의상 시각화 할 수없는 물체에 대해 얼마나 많은 확신을 가지고 결론을 내 렸는지 궁금해지기 시작했을 것입니다. 블랙홀에 대한 많은 지식은 상대적으로 가까운 물체의 행동과 모양에 의해 추론되었습니다. 블랙홀과 별이 충분히 가까우면 특별한 종류의 고 에너지 전자기 복사가 발생하여 천문학 자에게 경고를 보낼 수 있습니다.
대형 가스 제트가 블랙홀의 "끝"에서 튀어 나오는 것을 볼 수 있습니다. 때때로, 이 가스는 모호한 원형 형태로 합쳐질 수 있습니다.부착 디스크. 블랙홀은 적절하게는 일종의 방사선을 방출한다는 이론이 있습니다.블랙홀 방사선(또는호킹 방사선). 이 복사는 "물질-반물질"쌍의 형성으로 인해 블랙홀을 벗어날 수 있습니다 (예 :전자과양전자) 사건 지평선 바로 바깥에 있고, 이 쌍의 양의 구성원 만 열복사로 방출됩니다.
출시 전에허블 우주 망원경1990 년에 천문학 자들은 그들이 명명 한 매우 먼 물체에 대해 오랫동안 의아해했습니다.퀘이사, "준 항성 물체"의 압축. 초 거대 블랙홀처럼 존재는 나중에 발견 된이 빠르게 소용돌이 치는 고 에너지 물체는 대형 은하. 블랙홀은 이제 우주의 상대적 초기 단계에 존재했기 때문에 엄청난 거리에서만 발견되는 퀘이사의 행동을 주도하는 존재로 간주됩니다. 그들의 빛은 약 130 억 년 동안 지구에 도달했습니다.
일부 천체 물리학 자들은 지구에서 보았을 때 다른 기본 유형으로 보이는 은하가 실제로는 동일한 유형일 수 있지만 지구를 향해 제시된 다른면을 가질 수 있다고 제안했습니다. 때때로, 퀘이사 에너지는 눈에 보이고 지구가 어떻게 지구와 관련하여 일종의 "등대"효과를 제공합니다. 계기는 퀘이사의 활동을 기록하는 반면, 다른 경우에는 은하의 특성 때문에 더 "조용한"것처럼 보입니다. 정위.