سیاه چاله ها

[narcissus flower]

سلام برآن شدیم تا به بررسی یکی از اجرام جذاب یعنی سیاه چاله ها بپردازیم.

میدانیم که ستاره های خیلی سنگین (حداقل 5 برابر جرم خورشید) در پایان عمرشون میتونند سیاه چاله تبدیل شوند.در تمام عمر ستاره یک جدال همشگی بین گرانش و نیروهای دیگر هست .تا اینکه ستاره سوخت هسته ای خودش رو مصرف میکنه و دیگه هیچ نیرویی جلودار گرانش این جرم سنگین ستاره ی پیر ما نیست و گرانش به سمت داخل به بقیه نیرو ها غلبه میکنه و ستاره جرم خودش رو شروع میکنه به بلعیدن. این حرکت به قدری ادامه میکنه که حجم این مجوعه ی جرمین خیلی خیلی کوچک میشه وپس از طی مراحلی یک سیاه چاله تشکیل میشود.

تلاش میشود در این تاپیک با کمک هم بیشتر و بهتر سیاه چاله ها را بشناسیم.... چون این موجود توانایی های جالبی داره...

دسترسی سریع به موضوعات

تکینگی

شعاع شوارتزشیلد

افق رویداد

فوتوسفر

ارگوسفر

سیاه چاله ی شوارتزشیلد

تابش هاوکینگ

سیاه چاله ی ریزنر -نوردستروم

سیاه چاله ی کر و 2

توجه:مطالب در یک پست خلاصه نشده بنابراین برای دریافت مطالب بیشتر به ادامه ی هر موضوع هم مراجعه کنید.

[narcissus flower]

حالا یک سوال:
فرض کنید در فوتون کره قرار دارید.آسمان وستاره های بالای سرتون رو چه جوری میبینید؟اصلا چیزی میتونید ببینید؟

سلام
مثل اینکه کسی اینجا نیست!!!
در مورد سوالی که پرسیدم, امیدوارم که حداقل کمی در موردش فکر کرده باشید...
اما واقعا ما چی میتونیم ببینیم...

اول شرایطمون رو دوباره بررسی میکنیم:
1-در جایی قرار داریم که میدان گرانشی ای تا حد متوسط قوی داریم
2-پس متوجه میشم که جرم سنگینی در نزدیکی ماست (سیاه چاله)
3-با ااینکه میدان قوی هست ولی تمام ازادی اختیار وموجودیت نور رو ازش نگرفته
4-اما با این حال نور داره خمیده میشه
5-و مایی که در روی فوتون کره قرار داریم باید یه چیزایی ببینیم , چون هنوز وارد افق رویداد نشدیم
خب این پیش فرض مون بود

حالا اصل مطلب ,که در حد چند جمله هست,شاید شما عبارت حلقه های اینشتین یا همگرایی رو شنیده باشید...

در واقع اتفاقی که در اپتیک برای لنز و عدسی رخ میده که جسمی رو میتونیم بزرگتر و واضح تر ببینیم .در اینجا توسط یک جرم رخ میده.یعنی جرم ما نقش عدسی رو بازی میکنه
فکر کنید شما , سیاه چاله , ستاره ای در پس زمینه ی آسمان در یک راستا قرار گرفتید.خب نوری که از ستاره پس زمینه میاید , توسط سیاه چاله تقویت میشه وبه ما میرسه. وما در این حالت حلقه های اینشتین رو تجربه میکنیم( یعنی سیاه چاله در نقش لنز هست .تصویر ستاره به صورت حلقه ای اطراف لنز رو احاطه میکنه ویا نور ستاره به صورت تقویت شده به ما میرسه....
بنابراین ما در این جا احتمالا اسمان تاریکی رو تجربه نخواهیم کرد چون در مجموعه ای از نور که هستیم و حالا این اتفاق هم میافته پس .....
و اینکه به نظر من زاویه ما وستاره و سیاه چاله تعیین میکنه که تصویر ما از ستارگان اطرافمون چه شکلی باشه....


اگر مطلبی هست بفرمایید
وگرنه بریم سراغ ارگوسفر

[Neptune]

پرجرم ترین سیاهچاله ای که تا به امروز کشف شده کدام است ؟
جایی خوندم که ابرسیاهچاله مرکز کهکشان M78 بسیار عظیمتر از اون چیزی است که قبلا تصور میشد



http://canot.ir/?p=1771

[aysa]

[QUOTE=Neptune;59456]پرجرم ترین سیاهچاله ای که تا به امروز کشف شده کدام است ؟
جایی خوندم که ابرسیاهچاله مرکز کهکشان M78 بسیار عظیمتر از اون چیزی است که قبلا تصور میشد
از اونجاييكه هنوزوجود سياهچاله ها اثبات نشده و فقط از روي اطلاعات موجود درمورد همچين چيزي حرف ميزنن بنابراين ميزان بزرگي هم برحسب همون اطلاعاته.و هيچ دليل قطعي واسه درست بودنشون وجود نداره.
معمولا بزرگترين كهكشان ها با توجه به نظريات داخل كهكشان هان.(منظور همون وسطشون).مثلا ايني كه شما گفتين فقط يه اطلاعات هست نه چيز ديگه.بنابراين اگه هم بزرگترين انتخاب بشه صددرصد بزرگترين نيست.

[پیمان اکبرنیا]

پرجرم ترین سیاهچاله ای که تا به امروز کشف شده کدام است ؟
جایی خوندم که ابرسیاهچاله مرکز کهکشان M78 بسیار عظیمتر از اون چیزی است که قبلا تصور میشد



http://canot.ir/?p=1771

فکر کنم پر جرم ترین ابرسیاهچاله ای که تا به حال کشف شده 17 میلیارد برابر خورشید جرم داره (بسیار زیاده این جرم) و در کهکشان NGC 1277 هست. برای اطلاعات بیشتر به لینک زیر مراجعه کنید:

http://en.wikipedia.org/wiki/NGC_1277

این سیاهچاله به تنهایی 14 درصد جرم ستاره‌های کهکشان میزبان جرم داره که درصد فوق العاده زیادیه

[مداد رنگیهام]

با اجازه...
هرجسمی که در حال چرخش باشه تمایل داره فضا_زمان اطرافشو بکشه(از مصدر کشیدن نه کشتن) که به این پدیده "کشش چارچوب" میگن به این ناحیه در اطراف سیاهچاله های چرخان ارگوسفر میگن.جسمی که در ارگوسفر هست برای اینکه ثابت بمونه لازمه با سرعتی بیشتر از سرعت نور در خلاف جهت چرخش حرکت کنه بنا بر این ثابت موندن در ارگوسفر غیر ممکنه.
اجسام و تابش میتونن از ارگوسفر فرار کنن ممکنه ماده ای که در ارگوسفر هست به دو قطعه بشکنه و یکی از این قطعات به داخل افق رویداد سقوط کنه و دیگری به بیرون پرتاب بشه انرژی(در بعضی جاها حتی دیدم که گفته بودن جرم ) ذره پرتابی ممکنه بیشتر از ورودش باشه که ناشی از انرژی چرخشیه که از سیاهچاله کسب کرده بنابر این از انرژی سیاهچاله کم میشه و باعث کند شدن سرعت سیاهچاله میشه که در نهایت ممکنه یک سیاهچاله کر به سیاهچاله شوارتزشیلد تبدیل بشه.البته در بعضی جاها گفته شده که فرار ماده و اتفاقات بعدش از لحاظ نظری ممکنه ولی عملا امکانپذیر نیست.

[Ehsan]

این مسئله که اگر روی ِ فوتون کره باشیم چه اتفاقی می افته و چی می بینیم واقعا جالبه، یعنی اتفاقی که می افته جالبه، البته خانم narcissus flower گفتند چه اتفاقی می افته اما کمی جزئیات ِ بیشتر شگفت انگیز خواهد بود(دست ِ کم برای من شگفت انگیز بود!) :

مدارهای فوتونی دایروی حول سیاه چاله به شدت ناپایدار هستند و با اندک اختلالی، فوتون ها یا به فضای بی کران فرار می‌کنند یا درون ِ سیاهچاله سقوط می کنند، چند تا شبیه سازی از مدارهای ِ فوتونی هستند که میشه ازش نتیجه گرفت که دقیقا چه چیزی میبینیم، فرضهای شبیه سازی به قرار ِ پایین هستند:

من روی فوتون کره ایستادم و لیزری رو در دست دارم (فرض کنید سقوط نمی کنم ) شعاع ِ شوارتزشیلد 1 هستش. فاصله ی من از سیاه چاله 1.5 هستش، جرم ِ سیاه چاله 0.5 هستش، سیاه چاله در مرکز ِ مختصات قرار داره و واحد ها بر حسب واحد های پلانک هستند. ما از بالا به این قضایا نگاه می کنیم (مدارها شماتیک نیستند! دقیق هستند! شبیه سازی با نرم افزار میپل انجام شده)

اول فوتونی رو با زاویه ی دقیقا 90 درجه نسبت به سیاه چاله با لیزرم شلیک می کنم، نتیجه میشه یک مدار ِ بسته ی دایروی:

حالا به اندازه ی یک درجه نسبت به حالت ِ قبلی، لیزرم رو به سمت ِ سیاه چاله متمایل می کنم:

با توجه به این که این مدارها به شدت ناپایدار هستند، فوتون به درون ِ سیاهچاله سقوط می کنه (دقت کنید مسیرِ فوتون در r=1 که همون افق رویداد باشه قطع شده، چون نرمافزار نمی تونسته تکینگی ِ اونجا رو محاسبه کنه، در واقع فوتون سقوط کرده به درون ِ افق ِ رویداد!)


حالا یک درجه ی ِ قبلی رو برعکس می کنم، یعنی یک درجه به سمت ِ بیرون از سیاه چاله می گیرم، یعنی راستای ِ لیزر-من-سیاهچاله تقریبا 91 درجه است، و فوتون رو شلیک می کنم:

می بینید که فوتون بعد از نیم دور چرخیدن به فضای بیرون فرار کرده، حالا زاویه ی انحراف رو می کنم تقریبا 10 درجه:

و حالا به اندازه ی زیادی (تقریبا 170 درجه از مرکز ِ سیاه چاله) لیزر رو منحرف می کنم که تقریبا بدون ِ انحراف ِ خاصی همون مقدار رو حفظ می کنه و به فضای ِ بیکران میره:

خیلی خوب، حالا چه طور میشه از این ها نتیجه گرفت که ما آسمون رو چه طور می بینیم؟ عرض می کنم خدمتتون!

مسیر ِ حرکت ِ فوتون برگشت پذیر هستش، (البته نه برای همه ی سیاه چاله ها، بلکه برای سیاه چاله های ناچرخان یا همون شوارتزشیلد) یعنی وقتی من فوتونی رو به بینهایت فرستادم و فوتون رفت و رسید به یک ستاره و اون ستاره فوتون رو از یک جهت ِ خاص دریافت کرد و بعد فوتونی رو دوباره تو همون جهت ِ خاص به سمت ِ ما پس فرستاد، اون فوتون دقیقا مسیری رو طی می کنه که فوتون ِ اولیه طی کرده، اما در جهت ِ عکس.

یعنی این اشکالی که کشیدم دقیقا می تونند مسیر ِ فوتونهایی باشند که از بینهایت به ما (که در r=1.5 یا فوتون کره قرار داریم) رسیده، پس مسیرهایی که در شبیه سازی های بالا دیدیم، (غیر از دو عکس ِ اولی) می تونند مسیر ِ فوتونهایی باشند که از بینهایت (ستاره های دور) به ما رسیده، حالا جواب ِ این که چی می بینیم:

اولا این که ما نمی تونیم هیـــــــچ فوتونی رو از فاصله ی زاویه ی 90 درجه و داخل تر دریافت کنیم، (چون هر فوتونی که تو این زاویه بفرستیم به درون ِ سیاه چاله سقوط می کنه، پس هر فوتونی که از زاویه ی داخل تر از 90 درجه بیاد، قطعا از افق ِ رویداد تابش شده که میدونیم غیر ممکنه). پس ما دقیقا نصف ِ آسمان رو کاملا سیاه می بینیم.

دقیقا از 90 به بعد ما با یک حلقه ی روشن طرف خواهیم بود که حاصل ِ جمع شدن ِ فوتونهایی هست که از تمام ِ آسمان (دقیقا از 360 درجه ی آسمان) به سمت ِ سیاه چاله اومدند اما با مدارهایی خیلی نزدیکه به دایره حول ِ سیاه چاله گیر افتادند و نهایتا به ما رسیدند، (نکته اینه که ما از 90 تا 100 درجه نور ِ یک ستاره رو می تونیم بینهایت بار دریافت کنیم دقت کنید توی یکی از عکسها فوتون چرخیده و به فضای پشت ِ ما فرار کرده) این همون حلقه ای هست که خانم narcissus flower اشاره کردند. این حلقه تقریبا روی یک دایره عظیمه هستش و دور تا دور ِ ما رو فرا می گیره.

از تقریبا 100 درجه به بعد ما کل ِ کره ی آسمان ( همه ی 360 اش) را خواهیم دید که طوری فشرده شده تا از 100 تا 180 درجه ای ما رو پر کنه، (به عبارتی کل ِ آسمون map میشه به 100 تا 180 درجه ی دور از سیاه چاله) ستاره های ِ نزدیک ِ 180 درجه (یعنی سمت ِ مخالف ِ سیاه چاله از دید ِ ما) تقریبا دچار ِ خمیدگی ِ شدیدی نمیشن و فقط کمی آبی تر دیده خواهند شد.

تمام


ـــــــــــــــــــــــــ
(فردا میان ترم دارم اینجا اینا رو نوشتم )

[Fery.JWST]

ببخشید میون بحث چند تا سوال داشتم :

یکی اینکه الان سیاهچاله ای که در مرکز کهکشان راه شیری خودمون قرار داره از کدام نوع سیاهچالس ؟
و اینکه جرمی که نزدیک سیاهچاله میشه و یکباره سرعتش بیشتر میشه و میچرخه به دوره اون با سرعت بیشتر و
دوباره سرعتش ثابت میشه چرا از مدارش خارج نمیشه یا چرا بلعیده نمیشه؟
و اینکه آیا Ergosphere باعث این اتفاق میشه یا افق رویداد ؟
و آیا مداری که اون جرم داره رو همون سیاه چاله مرکزی ایجاد کرده ؟

[narcissus flower]

ببخشید میون بحث چند تا سوال داشتم :

یکی اینکه الان سیاهچاله ای که در مرکز کهکشان راه شیری خودمون قرار داره از کدام نوع سیاهچالس ؟

سلام
در مورد سوال 1, سیاه چاله ی مرکزی کهکشانمون هم چرخان هست

اینکه جرمی که نزدیک سیاهچاله میشه و یکباره سرعتش بیشتر میشه و میچرخه به دوره اون با سرعت بیشتر و
دوباره سرعتش ثابت میشه چرا از مدارش خارج نمیشه یا چرا بلعیده نمیشه؟
و اینکه آیا Ergosphere باعث این اتفاق میشه یا افق رویداد ؟
و آیا مداری که اون جرم داره رو همون سیاه چاله مرکزی ایجاد کرده ؟

درسیاه چاله های چرخان در اثر گردش ما ناحیه ی مجزایی به نام ارگوسفر داریم که در اثر گردش به حالت تخم مرغی و بیضی شکل در میاد.که در استوا کشیده و در قطبین به افق رویداد مماس میشود...واینکه اگر بخواهیم در سیاه چاله ی شواتزشیلد دنبال این ناحیه بگردیم , میبینیم که این ناحیه در همون افق رویداد قرار گرفته....

در حالت کلی که ارگوسفر رو بیرون از افق در نظر میگیرند, پس ما باید این انتظار رو داشته باشیم که امید به فرار از این ناحیه هم وجود داشته باشد. در نهایت مرزی به نام استانه ی ایستایی وجو داره که سطح بیرونی ارگوسفر هست و ما در این ناحیه میتونیم ارام وقرار بگیری,
با اون قسمت حرفتون مخالفم که سرعت یکباره زیاد میشه.به نظر من روند افزایشی رو به داخل داره...و در ادامه اگر منظورتون داخل ارگوسفر باشه, در شرایطی جسمی که درون این ناحیه قرار میگیره , میتونه فرار کنه. یا اینکه به داخل کشیده بکشه...

برای فضا سازی بهتر,شما فکر کنید یک توپ رو به طناب بستید و میچرخونید, در صورتی که کمی سرعتش کمی از سرعت استانه بیشتر باشه میتونه پرتاب بشه.این انرژی رو از دست شما میگیره...درست مثل اینکه جسمی هم در این ناحیه به کمک سیاه چاله نیرو بگیره و بتونه فرار کنه....
در مورد مدار هم طبق محاسباتی که وجود داره ,چون شکل ساختار بیضی هست پس شعاع ها هم متفاوت هست....
که در قطبین به صورت

و در استوا


که a=j/M هست و j اندازه ی حرکت زاویه ای هست.

مثل شعاع شوارتزشیلد که جرم خود سیاه چاله تعیین کننده که حد مرز هست.(اگه منظورتون این هست).

اما شی که در این ناحیه گیر بیافته باید شرایطش رو بررسی کنیم , شاید تحت یک نیروی پیشران باشه . حتی راستای چرخش برای برای محاسبات لازم هست .اینکه شی ما چه سرعتی داره...پس فقط نمیتونیم خودمون رو محدود به جرم بکنیم وباید عواملی نظیر سرعت خود جسم وتکانه ی زاویه ای یا پتانسیل موثر رو هم در نظر بگیریم... مثل یک گرداب که یک مورچه درونش گیر افتاده باشه.فقط جرمش که مهم نیست بلکه ممکنه حرکتی خلاف جهت داشته باشه و نزاره که گرانش سیاه چاله اونو مجبور کنه که به مدار پایین تری سقوط کنه .. .

[Fery.JWST]

استاد خیلی خیلی ممنون از پاسخ...

در مورده سرعت :
مگه هرچقدر سیاهچاله متراکم تر باشه محدوده کشش بیشتر نمیشه ؟
و با نزدیکتر شدن ستاره به اون سرعتش تو مدارش تو اون محدوده بیشتر نمیشه ؟

[aysa]

شايد سؤالم عجيب باشه ولي ذهنمو مشغول كرده...
:چطور ممكنه كه دراين ناحيه كه شما ميگين سرعت خلاف جهت بيشتر باشه تا از اونجا خارج بشه؟يعني حتما هم جهت بودن يا سرعتش كمتر بوده كه به اين ناحيه اومده.در غير اين صورت قبل از ورود فرار ميكنه
مگه اين كه چرخان باشه و بر شعاع شوارتزشيلد مماس باشه كه اينم احتمال خروجش زياده!!!