Galleria di immagini del buco nero Concetto artistico delle immediate vicinanze del buco nero al centro della galassia NGC 4261. Guarda altre immagini del buco nero. Foto per gentile concessione della NASA/Space Telescope Science Institute (J. Gitlin, artista) Potresti aver sentito qualcuno dire, "La mia scrivania è diventata un buco nero!" Potresti aver visto un programma di astronomia in televisione o letto un articolo di una rivista sui buchi neri. Questi oggetti esotici hanno catturato la nostra immaginazione sin da quando sono stati previsti da Einstein Teoria della Relatività Generale nel 1915.
Cosa sono i buchi neri? Esistono davvero? Come possiamo trovarli? In questo articolo, esamineremo i buchi neri e risponderemo a tutte queste domande!
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Concetto artistico di un buco nero:le frecce mostrano i percorsi degli oggetti dentro e intorno all'apertura del buco nero. Foto per gentile concessione della NASA UN buco nero è ciò che rimane quando muore una stella massiccia.
Se hai letto Come funzionano le stelle, allora sai che una stella è un enorme, Stupefacente reattore a fusione . Perché le stelle sono così massicce e fatte di gas, c'è un intenso campo gravitazionale che cerca sempre di far collassare la stella. Le reazioni di fusione che si verificano nel nucleo sono come una gigantesca bomba a fusione che sta cercando di far esplodere la stella. Il bilancia tra le forze gravitazionali e le forze esplosive è ciò che definisce la dimensione della stella.
Mentre la stella muore, le reazioni di fusione nucleare si fermano perché il carburante per queste reazioni viene bruciato. Allo stesso tempo, la gravità della stella attira il materiale verso l'interno e comprime il nucleo. Mentre il nucleo si comprime, si riscalda e alla fine crea un'esplosione di supernova in cui il materiale e le radiazioni esplodono nello spazio. Ciò che rimane è l'altamente compresso, ed estremamente massiccio, nucleo. La gravità del nucleo è così forte che nemmeno la luce può sfuggire.
Questo oggetto ora è un buco nero e scompare letteralmente dalla vista. Perché la gravità del nucleo è così forte, il nucleo sprofonda nel tessuto dello spazio-tempo, creando un buco nello spazio-tempo -- ecco perché l'oggetto si chiama a buco nero .
Il nucleo diventa la parte centrale del buco nero chiamato singolarità . L'apertura del foro si chiama orizzonte degli eventi .
Puoi pensare all'orizzonte degli eventi come alla bocca del buco nero. Una volta che qualcosa supera l'orizzonte degli eventi, è andato per sempre. Una volta all'interno dell'orizzonte degli eventi, tutti gli "eventi" (punti nello spazio-tempo) si fermano, e nulla (nemmeno la luce) può sfuggire. Il raggio dell'orizzonte degli eventi si chiama raggio di Schwarzschild , prende il nome dall'astronomo Karl Schwarzschild, il cui lavoro ha portato alla teoria dei buchi neri.
StoriaIl concetto di oggetto dal quale la luce non può sfuggire (es. buco nero) è stato originariamente proposto da Pierre Simon Laplace nel 1795. Utilizzando la teoria della gravità di Newton, Laplace calcolò che se un oggetto fosse compresso in un raggio sufficientemente piccolo, allora la velocità di fuga di quell'oggetto sarebbe più veloce della velocità della luce.
Concetto artistico di un buco nero e dei suoi dintorni:il cerchio annerito è l'orizzonte degli eventi e la regione a forma di uovo è l'ergosfera. Foto per gentile concessione della NASA Esistono due tipi di buchi neri:
Il Schwarzschild il buco nero è il buco nero più semplice, in cui il nucleo non ruota. Questo tipo di buco nero ha solo una singolarità e un orizzonte degli eventi.
Il Kerr buco nero, che è probabilmente la forma più comune in natura, ruota perché la stella da cui si è formata stava ruotando. Quando la stella rotante collassa, il nucleo continua a ruotare, e questo è stato trasferito al buco nero ( conservazione del momento angolare ). Il buco nero di Kerr ha le seguenti parti:
Se un oggetto passa nel ergosfera può ancora essere espulso dal buco nero guadagnando energia dalla rotazione del buco.
Però, se un oggetto attraversa il orizzonte degli eventi , sarà risucchiato nel buco nero e non scapperà mai. Ciò che accade all'interno del buco nero è sconosciuto; anche le nostre attuali teorie della fisica non si applicano in prossimità di una singolarità.
Anche se non possiamo vedere un buco nero, ha tre proprietà che possono o potrebbero essere misurate:
A partire da ora, possiamo solo misurare la massa del buco nero in modo affidabile dal movimento di altri oggetti intorno ad esso. Se un buco nero ha una compagna (un'altra stella o un disco di materiale), è possibile misurare il raggio di rotazione o la velocità di orbita del materiale attorno al buco nero invisibile. La massa del buco nero può essere calcolata usando la terza legge modificata del moto planetario di Keplero o il moto rotatorio.
Immagine del telescopio spaziale Hubble del nucleo della galassia NGC 4261 Foto per gentile concessione della NASA/Space Telescope Science Institute Credito:L. Ferrarese (Johns Hopkins University) e NASA Sebbene non possiamo vedere i buchi neri, possiamo rilevare o indovinare la presenza di uno misurando i suoi effetti sugli oggetti che lo circondano. Possono essere utilizzati i seguenti effetti:
Molti buchi neri hanno oggetti intorno a loro, e osservando il comportamento degli oggetti si può rilevare la presenza di un buco nero. Quindi si utilizzano le misurazioni del movimento degli oggetti attorno a un sospetto buco nero per calcolare la massa del buco nero.
Quello che cerchi è una stella o un disco di gas che si comporta come se ci fosse una grande massa nelle vicinanze. Per esempio, se una stella visibile o un disco di gas ha un movimento "traballante" o rotante E non c'è una ragione visibile per questo movimento E la ragione invisibile ha un effetto che sembra essere causato da un oggetto con una massa maggiore di tre masse solari ( troppo grande per essere una stella di neutroni), allora è possibile che un buco nero stia causando il movimento. Quindi stimi la massa del buco nero osservando l'effetto che ha sull'oggetto visibile.
Per esempio, nel nucleo della galassia NGC 4261, c'è un marrone, disco a forma di spirale che sta ruotando. Il disco ha le dimensioni del nostro sistema solare, ma pesa 1,2 miliardi di volte più del sole. Una massa così grande per un disco potrebbe indicare che un buco nero è presente all'interno del disco.
La Teoria della Relatività Generale di Einstein prevedeva che la gravità potrebbe piegare lo spazio . Ciò è stato successivamente confermato durante un'eclissi solare quando la posizione di una stella è stata misurata prima, durante e dopo l'eclissi. La posizione della stella si è spostata perché la luce della stella è stata piegata dalla gravità del sole. Perciò, un oggetto con immensa gravità (come una galassia o un buco nero) tra la Terra e un oggetto distante potrebbe piegare la luce dall'oggetto distante in un fuoco, proprio come una lente può. Questo effetto può essere visto nell'immagine qui sotto.
Queste immagini mostrano la luminosità di MACHO-96-BL5 dai telescopi terrestri (a sinistra) e dal telescopio spaziale Hubble (a destra). Foto per gentile concessione della NASA/Space Telescope Science Institute Credito:NASA e Dave Bennett (Università di Notre Dame) Nell'immagine, lo schiarimento di MACHO-96-BL5 è avvenuto quando a lente gravitazionale passato tra esso e la Terra. Quando il telescopio spaziale Hubble ha osservato l'oggetto, vide due immagini dell'oggetto ravvicinate, che indicava un effetto lente gravitazionale. L'oggetto interposto era invisibile. Perciò, si è concluso che un buco nero era passato tra la Terra e l'oggetto.
Quando il materiale cade in un buco nero da una stella compagna, viene riscaldato a milioni di gradi Kelvin e accelerato. I materiali surriscaldati emettono raggi X, che può essere rilevato da telescopi a raggi X come l'Osservatorio a raggi X Chandra in orbita.
La stella Cygnus X-1 è una forte sorgente di raggi X ed è considerata un buon candidato per un buco nero. Come nella foto sopra, venti stellari dalla stella compagna, HDE 226868, soffiare materiale sul disco di accrescimento che circonda il buco nero. Mentre questo materiale cade nel buco nero, emette raggi X, come si vede in questa immagine:
Immagine a raggi X di Cygnus X-1 presa dall'Osservatorio a raggi X Chandra orbitante Foto per gentile concessione della NASA/CXC Oltre ai raggi X, i buchi neri possono anche espellere materiali ad alta velocità per formarsi getti . Molte galassie sono state osservate con tali getti. Attualmente, si pensa che queste galassie abbiano buchi neri supermassicci (miliardi di masse solari) al loro centro che producono i getti oltre a forti emissioni radio. Uno di questi esempi è la galassia M87 come mostrato di seguito:
È importante ricordare che i buchi neri non sono aspirapolvere cosmici:non consumeranno tutto. Quindi, anche se non possiamo vedere i buchi neri, ci sono prove indirette della loro esistenza. Sono stati associati ai viaggi nel tempo e ai wormhole e rimangono oggetti affascinanti nell'universo.
Pubblicato originariamente:26 novembre 2006
