Nigra truo estas regiono de spactempo elmontranta tiajn fortajn gravitefikojn ke nenio - ne eĉ partikloj kaj elektromagneta ondo kiel ekzemple lumo - povas eskapi de ene de ĝi.
La ĝenerala relativismo antaŭdiras ke sufiĉe kompakta maso povas misformi spactempon por formi nigran truon.
La limo de la regiono de kiu neniu fuĝo estas ebla estas nomita la eventa horizonto.
Kvankam la eventa horizonto havas grandegan efikon al la sorto kaj cirkonstancoj de objektotransirejo ĝi, neniuj loke mezureblaj ecoj ŝajnas esti observitaj.
Laŭ multaj manieroj nigra truo agas kiel ideala nigra korpo, ĉar ĝi reflektas neniun lumon.
Krome, kvantuma kampa teorio en kurba spactempo antaŭdiras ke eventaj horizontoj elsendas Hawking-radiadon, kun la sama spektro kiel nigra korpo de temperaturo inverse proporciaj al ĝia maso.
Tiu temperaturo estas sur la ordo de miliardonoj de Kelvino por nigraj truoj de stela maso, farante esence malobservebla.
#000001
Obĵetas kies gravitkampoj estas tro fortaj por lumo eviti estis unue konsideritaj en la 18-a jarcento fare de John Michell kaj Pierre-Simon Laplace.
La unua moderna solvo de ĝenerala relativeco kiu karakterizus nigran truon estis trovita fare de Karl Schwarzschild en 1916, ke kvankam ĝia interpreto kiel regiono de spaco de kiu nenio povas eskapi unue estis fare de David Finkelstein en 1958.
Nigraj truoj estis longe konsideritaj matematika scivolemo;
estis dum la 1960-aj jaroj ke teoria laboro montris ke ili estis senmarka prognozo de ĝenerala relativeco.
La eltrovo de neŭtronaj steloj ekfunkciigis intereson en gravite kolapsigis kompaktajn objektojn kiel ebla astrofizika realeco.
#000002
Nigraj truoj de stela maso estas atenditaj formiĝi kiam tre masivaj steloj kolapsas ĉe la fino de sia vivociklo.
Post kiam nigra truo formiĝis, ĝi povas daŭri kreski absorbante mason de sia medio.
Absorbante aliajn stelojn kaj kunfalado kun aliaj nigraj truoj, pezegaj nigra truoj de milionoj da sunaj masoj ( M ☉ ) povas formiĝi.
Ekzistas ĝenerala interkonsento kiu pezegaj nigra truoj ekzistas en la centroj de la plej multaj galaksioj.
#000003
Malgraŭ ĝia nevidebla interno, la ĉeesto de nigra truo povas esti konkludita tra sia interagado kun alia afero kaj kun elektromagneta ondo kiel ekzemple videbla lumo.
Materio kiu falas sur nigra truo povas formi eksteran akretiĝodiskon varmigitan per frikcio, formante kelkajn el la plej brilaj objektoj en la universo.
Se ekzistas aliaj steloj orbita nigra truo, iliaj orbitoj povas esti uzitaj por determini la mason kaj lokon de la nigra truo.
Tiaj observaĵoj povas esti utiligitaj por ekskludi eblajn alternativojn kiel ekzemple neŭtronaj steloj.
Laŭ tiu maniero, astronomoj identigis multajn stelonigratruajn kandidatojn en binaraj sistemoj, kaj establis ke la radiofonto scianta kiel Sagittarius A÷, ĉe la kerno de nia propra Laktvojo galaksio, enhavas pezegan nigran truon de proksimume 4.3 milionoj sunaj masoj.
#000004
La 11an de februaro 2016, la LIGO kunlaboro sciigis la unuan observadon de gravitaj ondoj;
ĉar tiuj ondoj estis generitaj de nigratrua fuzio ĝi estis la plej unua rekta detekto de binara nigratrua fuzio.
La 15an de junio 2016, dua detekto de gravita ondokazaĵo de koliziado nigraj truoj estis sciigita.
#000005
Plej interna stabila cirkla orbito (ISCO)
#000007
1 Praaj nigraj truoj kaj la Praeksplodo
#000008
Detekton de gravitaj ondoj de kunfandado de nigraj truoj
Memmovadoj de steloj orbita Sagittarius A÷
1 Ripozado kaj advekci-dominita surkreskaĵofluo
#000009
La ideo de korpo tiel masivo ke eĉ lumo ne povis eskapi estis nelonge svatita fare de astronomia pioniro kaj angla kleriko John Michell en letero publikigita en novembro 1784.
La simplismaj kalkuloj de Michell supozis ke tia korpo eble havos la saman densecon kiel la suno, kaj finis ke tia korpo formiĝus kiam la diametro de stelo superas la Sunon estas je faktoro de 500, kaj la surfaco eskaprapido superas la kutiman lumrapideco.
Michell ĝuste notis ke tiaj supermasivaj sed ne-radiantaj korpoj eble estos mezureblaj tra siaj gravitefikoj sur proksimaj videblaj korpoj.
Akademiuloj de la tempo estis komence ekscititaj per la propono kiun gigantaj sed nevideblaj steloj eble estos kaŝantaj en simpla vido, sed entuziasmo malseketigis kiam la ondsimila naturo de lumo iĝis ŝajna en la frua deknaŭa jarcento.
Se lumo estis ondo prefere ol " korpusklo ", ĝi iĝis neklara kion, se entute, influogravito havus dum evitado de lumondoj.
Moderna relativeco fakte dispelas la nocion de Michell de malpeza radiopafado rekte de la surfaco de supermasiva stelo, estante bremsita per la gravito de la stelo, ĉesante, kaj tiam liber-regresa reen al la surfaco de la stelo.
#000013
Oppenheimer kaj liaj kunaŭtoroj interpretis la neordinaraĵon ĉe la limo de la radiuso de Schwarzschild kiel indikado ke tio estis la limo de veziko en kiu tempon ĉesis.
Tio estas valida sinteno por eksteraj observantoj, sed ne por enfaladobservantoj.
Pro tiu posedaĵo, la kolapsintaj steloj estis nomitaj "frostaj steloj", [24] ĉar ekstera observanto vidus la surfacon de la stelo frosta en tempo ĉe la momento kie ĝia kolapso prenas ĝin ene de la radiuso de Schwarzschild.
#000016
Tiuj rezultoj venis komence de la ora epoko de ĝenerala relativeco, kiu estis markita per ĝenerala relativeco kaj nigraj truoj iĝantaj ĉefaj temoj de esplorado.
Tiu procezo estis helpita per la eltrovo de pulsaroj en 1967, [27] [28] kiuj, antaŭ 1969, pruviĝis esti rapide rotaciantaj neŭtronajn stelojn.
Ĝis tiu tempo, neŭtronaj steloj, kiel nigraj truoj, estis rigarditaj kiel ĵus teoriaj strangaĵoj;
sed la eltrovo de pulsaroj montris ilian fizikan signifon kaj spronis plian intereson en ĉiuj specoj de kompaktaj objektoj kiuj eble estos formitaj per gravita kolapso.
#000018
En tiu periodo pli ĝeneralaj nigratruaj solvoj estis trovitaj.
En 1963, Roy Kerr trovis la precizan solvon por turniĝanta nigra truo.
Du jarojn poste, Ezra Newman trovis la aksisimetran solvon por nigra truo kiu estas kaj rotacia kaj elektre ŝargis.
Tra la laboro de Werner Israel, [31]
Brandon Carter, [32] [33] kaj David Robinson [34] la sen-harara teoremo aperis, deklarante ke senmova nigratrua solvo estas tute priskribita per la tri parametroj de la Kerr-Newman metriko:
maso, angula movokvanto, kaj elektra ŝargo.
#000019
Komence, estis suspektite ke la strangaj ecoj de la nigratruaj solvoj estis patologiaj artefaktoj de la simetriokondiĉoj truditaj, kaj ke la neordinaraĵoj ne aperus en senmarkaj situacioj.
Tiu vido estis tenita aparte fare de Vladimir Belinsky, Isaak Khalatnikov, kaj Evgeny Lifshitz, kiuj provis pruvi ke neniuj neordinaraĵoj aperas en senmarkaj solvaĵoj.
Tamen, en la malfruaj 1960-aj jaroj Roger Penrose [36] kaj Stephen Hawking uzis tutmondajn teknikojn por pruvi ke neordinaraĵoj ekaperas senmarke.
#000020
Laboro de James Bardeen, Jacob Bekenstein, Carter, kaj Hawking en la fruaj 1970-aj jaroj kondukis al la formuliĝo de nigratrua termodinamiko.
Tiuj leĝoj priskribas la konduton de nigra truo en proksima analogeco al la leĝoj de termodinamiko rilatigante mason al energio, areon al entropio, kaj surfacgravito al temperaturo.
La analogeco estis kompletigita kiam Hawking, en 1974, montris ke kvantuma kampa teorio antaŭdiras ke nigraj truoj devus brili kiel nigra korpo pro temperaturo proporcia al la surfacgravito de la nigra truo.
#000021
La unua uzo de la termino "nigra truo" en presaĵo estis de sciencoĵurnalisto Ann Ewing en ŝia artikolo- " 'Black Truoj en Spaco ", datita 18 januaron 1964, kiu estis raporto dum renkontiĝo de la Amerika Unuiĝo por la Akcelo de Scienco tenita en Klevlando, Ohio.
#000022
En decembro 1967, studento laŭdire proponis la frazo "nigran truon" ĉe prelego de John Wheeler;
Wheeler adoptis la esprimon por ĝia koncizeco kaj "reklamvaloro", kaj ĝi rapide sukcesis, [42] igante iujn por meritigi Wheeler je elpensado de la frazo.
#000023
La sen-harara teoremo deklaras ke, post kiam ĝi realigas stalkondiĉon post formacio, nigra truo havas nur tri sendependajn fizikajn trajtojn:
maso, pagendaĵo, kaj angula movokvanto.
Ĉiuj du nigraj truoj kiuj dividas la samajn valorojn por tiuj trajtoj, aŭ parametroj, estas neapartigeblaj laŭ klasikaj (t.e. ne-kvantaj) mekanikistoj.
#000024
Tiuj trajtoj estas specialaj ĉar ili estas videblaj de ekster nigra truo.
Ekzemple, ŝargita nigra truo forpuŝas aliajn kiel pagendaĵoj ekzakte kiel iu alia ŝarĝita objekto.
Simile, la totalamaso ene de sfero enhavanta nigran truon povas esti trovita uzante la gravitan analogaĵon de la leĝo de Gauss, la ADM-maso, malproksime de la nigra truo.
[ klarigo bezonis ] [44] Same, la angula movokvanto povas esti mezurita de malproksime uzante kadron trenantan proksime de la gravitomagneta kampo.
#000025
[ klarigo bezonis ] Kiam objekto falas en nigran truon, ajnajn informojn pri la formo de la objekto aŭ distribuado de pagendaĵo sur ĝi estas egale distribuita laŭ la horizonto de la nigra truo, kaj estas perditaj ĝis eksteraj observantoj.
La konduto de la horizonto en tiu situacio estas disipema sistemo kiu estas proksime analoga al tiu de kondukta elasta membrano kun frikcio kaj elektra rezistanco - la membranparadigmo.
Tio estas diferenca de aliaj kampaj teorioj kiel ekzemple elektromagnetismo, kiuj ne havas ajnan frikcion aŭ rezistecon sur la mikroskopa nivelo, ĉar ili estas temp-reigeblaj.
Ĉar nigra truo poste atingas stabilan ŝtaton kun nur tri parametroj, ekzistas neniu maniero eviti malprofitajn informojn pri la komencaj kondiĉoj: la gravitaj kaj kampoj de nigra truo donas tre malmulte da informoj pri kio iris enen.
La informoj kiu estas perdita inkludas ĉiun kvanton kiu ne povas esti mezurita malproksime de la nigratrua horizonto, inkluzive de ĉirkaŭ konservis
kvantumaj nombroj kiel ekzemple la totala bariona nombro kaj leptona nombro.
Tiu konduto tiel konfuzas ke ĝi estis nomita la nigratruaj informaj perdparadokso.
#000026
La plej simplaj senmovaj nigraj truoj havas mason sed nek elektran ŝargon nek angulan movokvanton.
Tiuj nigraj truoj ofte estas referitaj kiel Schwarzschild nigraj truoj post Karl Schwarzschild kiu malkovris tiun solvon en 1916.
Laŭ la teoremo de Birkhoff, estas la nura vakuosolvo kiu estas sfere simetria.
Tio signifas ke ekzistas neniu observebla diferenco inter la gravitkampo de tia nigra truo kaj tiu de iu alia sfera objekto de la sama maso.
La populara nocio de nigra truo "suĉanta enen ĉion" en it medio estas tial nur ĝusta proksime de la horizonto de nigra truo;
malproksima for, la ekstera gravitkampo estas identa al tiu de iu alia korpo de la sama maso.
#000027
Solvoj priskribantaj pli ĝeneralajn nigrajn truojn ankaŭ ekzistas.
Non-rotaciantaj ŝargitaj nigra truoj estas priskribitaj fare de la Reissner-Nordström metrikaj, dum la Kerr-metriko priskribas ne-ŝarĝitan turniĝantan nigran truon.
La plej ĝenerala senmova nigratrua solvo konata estas la Kerr-Newman metriko, kiu priskribas nigran truon kun kaj pagendaĵo kaj angula movokvanto.
#000028
Dum la maso de nigra truo povas preni ĉiun pozitivan valoron, la pagendaĵo kaj angula movokvanto estas limigitaj per la maso.
En unuo de Planck, la totala elektra ŝargo Q kaj la totala angula movokvanto J estas atenditaj kontentigi
#000029
por nigra truo de maso da M.
Nigraj truoj kontentigantaj tiun malegalecon estas nomitaj ekstremal.
Solvoj de la ekvacioj de Einstein kiuj malobservas tiun malegalecon ekzisti, sed ili ne posedas eventan horizonton.
Tiuj solvoj havas tielnomitajn nudajn neordinaraĵojn kiuj povas esti observitaj de la ekstero, kaj tial estas rigarditaj kiel nefizikaj.
La kosma cenzurhipotezo ekskludas la formadon de tiaj neordinaraĵoj, kiam ili estas kreitaj per la gravita kolapso de realisma materio.
Tio estas apogita per nombraj simulaĵoj.
#000030
Pro la relative granda forto de la elektromagneta forto, nigraj truoj formiĝantaj de la kolapso de steloj estas atenditaj reteni la preskaŭ neŭtralan pagendaĵon de la stelo.
Rotacio, aliflanke, estas atendita esti universala kvalito de kompaktaj astrofizikaj objektoj.
La nigra-trua kandidato binara Rentgenfota fonto GRS 1915+105 [52] ŝajnas havi angulan movokvanton proksime de la maksimuma permesita valoro.
Tio unkargeis limon esprimis en SI-unuoj estas
#000031
permesanta difino de sendimensia spinparametro tia ke
#000032
Nigraj truoj estas ofte klasigitaj laŭ sia maso, sendependa de angula movokvanto J aŭ elektra ŝargo Q.
La grandeco de nigra truo, tra kiel determinite per la radiuso de la eventa horizonto, aŭ radiuso de Schwarzschild, estas proksimume proporcia al la maso da M
#000033
kie r s estas la radiuso de Schwarzschild kaj M suno estas la maso de la suno.
Tiu rilato estas preciza nur por nigraj truoj kun nul pagendaĵo kaj angula movokvanto;
por pli ĝeneralaj nigraj truoj ĝi povas malsami supren al faktoro de 2.
#000034
La difina kvalito da nigra truo estas la aspekto de eventa horizonto - limo en spactempo tra kiu materio kaj lumo povas nur pasi enen direkte al la maso de la nigra truo.
Nenio, ne eĉ malpeze, povas eskapi de ene de la eventa horizonto.
La eventa horizonto estas referita kiel tia ĉar se okazaĵo okazas ene de la limo, informoj de tiu okazaĵo ne povas atingi eksteran observanton, farante maldeterminebla ĉu tia okazaĵo okazis.
#000035
Kiel antaŭdirite de ĝenerala relativeco, la ĉeesto de maso misformas spactempon laŭ tia maniero ke la padoj prenitaj per partikloj kurbigas direkte al la maso.
Ĉe la eventa horizonto de nigra truo, tiu deformado iĝas tiel forta ke ekzistas neniuj padoj kiuj kondukas for de la nigra truo.
#000036
[ citaĵo bezonis ] Al malproksima observanto, horloĝoj proksime de nigra truo ŝajnas tiktaki pli malrapide ol tiuj pli for de la nigra truo.
Pro tiu efiko, konata tiel gravita tempodilatiĝo, objekto falanta en nigran truon ŝajnas bremsi kiel ĝi alproksimiĝas al la eventa horizonto, prenante senfinan tempon atingi ĝin.
En la sama tempo, ĉiuj procezoj sur tiu objekto malrapidiĝas malsupren, de la vidpunkto de fiksa ekstera observanto, kaŭzante al ajna lumo elsendita per la objekto prezentiĝi pli ruĝaj kaj pli malklaraj, efiko konataj kiel gravita ruĝenŝoviĝo.
Poste, la regresa objekto fadas for ĝis ĝi jam ne povas esti vidita.
En realeco tiu procezo okazas tre rapide kun objekto malaperanta de vido ene de malpli ol sekundo.
#000037
Aliflanke, nedetrueblaj observantoj falantaj en nigran truon ne rimarkas iujn ajn da tiuj efikoj kiam ili transiras la eventan horizonton.
Laŭ siaj propraj horloĝoj, kiuj ŝajnas al ili tiktaki normale, ili transiras la eventan horizonton post finhava tempo sen notado de ajna eksterordinara konduto;
estas maleble determini la lokon de la eventa horizonto de lokaj observaĵoj.
#000038
La formo de la eventa horizonto de nigra truo ĉiam estas ĉirkaŭ sfera.
[Noto 3] [65] Por ne-rotaciantaj (senmovaj) nigraj truoj la geometrio de la eventa horizonto estas ĝuste sfera, dum por turniĝantaj nigra truoj la sfero estas oblato.
#000039
En la centro de nigra truo, kiel priskribite per ĝenerala relativeco, kuŝas gravita neordinaraĵo, regiono kie la spactempokurbiĝo iĝas senfina.
Por ne-rotacianta nigra truo, tiu regiono prenas la formon de ununura punkto kaj por turniĝanta nigra truo, estas disŝmirite por formi ringoneordinaraĵon kiu situas en la aviadilo de rotacio.
En ambaŭ kazoj, la eksterordinara regiono havas nul volumojn.
Povas ankaŭ esti montrite ke la eksterordinara regiono enhavas la tutan mason el la nigratrua solvo.
La eksterordinara regiono povas tiel esti opiniita de kiel havante senfinan densecon.
#000040
Observantoj falantaj en Schwarzschild nigran truon ( t.e., ne-rotacianta kaj ne ŝargis) ne povas eviti esti portitaj en la neordinaraĵon, post kiam ili transiras la eventan horizonton.
Ili povas plilongigi la travivaĵon akcelante for por bremsi sian devenon, sed nur ĝis limo;
post ekhavado de certa ideala rapideco, ĝi estas plej bona ĝis libera falo la resto de la maniero.
Kiam ili atingas la neordinaraĵon, ili estas dispremitaj al senfina denseco kaj ilia maso estas aldonita al la totalo de la nigra truo.
Antaŭ ol tio okazas, ili estos disŝiritaj fare de la kreskantaj tajdaj fortoj en procezo foje referite kiel spaghetifikado aŭ la "nudelefiko".
#000041
Pri ŝarĝita (Reissner-Nordström) aŭ rotaciante (Kerr) nigran truon, estas eble eviti la neordinaraĵon.
Etendi tiujn solvojn tiom kiom ebla rivelas la hipotezan eblecon de forlasado de la nigra truo en malsaman spactempon kie la nigra truo funkcias kiel vermtruo.
La ebleco de vojaĝado al alia universo estas, aliflanke, nur teoria de kiam ĉiu perturbo detruus tiun eblecon.
Ankaŭ ŝajnas esti eble sekvi fermitajn temposimilajn kurbojn (revenante al onies propra pasinteco) ĉirkaŭ la Kerr-neordinaraĵo, kiuj kondukas al problemoj kun kaŭzeco kiel la avparadokso.
Estas atendite ke neniu el tiuj strangaj efikoj pluvivus en bonorda kvantetraktado de rotaciaj kaj ŝargitaj nigra truoj.
#000042
La aspekto de neordinaraĵoj en ĝenerala relativeco estas ofte perceptita kiel signalado de la kolapso de la teorio.
Tiu kolapso, aliflanke, estas atendita;
ĝi okazas en situacio kie kvanteefikoj devus priskribi tiujn agojn, pro la ekstreme alta denseco kaj tial partiklinteragojn.
Ĝis nun, ne estis eble kombini kvanton kaj gravitefikojn en ununuran teorion, kvankam tie ekzistu provoj formuli tian teorion de kvantuma gravito.
Estas ĝenerale atendite ke tia teorio ne havos iujn ajn neordinaraĵojn.
#000043
La fotono sfero estas sfera limo de nulo dikeco en kiuj fotonoj kiuj moviĝas sur klavojn al tiu sfero estus kaptitaj en cirkla orbito koncerne la nigran truon.
Por ne-rotaciantaj nigraj truoj, la fotonsfero havas radiuson 1.5 fojojn la radiuso de Schwarzschild.
Iliaj orbitoj estus dinamike malstabilaj, tial ĉiu malgranda perturbo, kiel ekzemple ero el enfaladmaterio, kaŭzus malstabilecon kiu kreskus dum tempo, aŭ metante la fotonon sur kontaktiĝeman trajektorion igantan ĝin eviti la nigran truon, aŭ sur alena spiralo kie ĝi poste transirus la eventan horizonton.
#000044
Dum lumo daŭre povas eskapi de la fotonsfero, ĉiu lumo kiu transiras la fotonsferon sur envenanta trajektorio estos kaptita per la nigra truo.
Tial ĉiu lumo kiu atingas eksteran observanton de la fotonsfero havendaĵo estanta elsendita per objektoj inter la fotonsfero kaj la eventa horizonto.
#000045
Aliaj kompaktaj objektoj, kiel ekzemple neŭtronaj steloj, ankaŭ povas havi fotonsferojn.
Tio sekvas el la fakto ke la gravitkampo ekstera al sfer-simetria objekto estas regita per la Schwarzschild-metriko, kiu dependas nur de la maso de la objekto prefere ol la radiuso de la objekto, tial ajnan objekton kies radiuson ŝrumpas al pli malgranda ol 1.5 fojojn la radiuso de Schwarzschild havos fotonsferon.
#000046
Turniĝantajn nigran truojn estas ĉirkaŭita de regiono de spactempo en kiun estas maleble elteni daŭre, nomita la ergosfero.
Tio estas la sekvo de procezo konata kiel kadro-trenanta;
ĝenerala relativeco antaŭdiras ke ĉiu rotacia maso tendencos iomete "treni" laŭ la spactempo tuj ĉirkaŭante ĝin.
Ĉiu objekto proksime de la rotacia maso tendencos komenci moviĝi en la direkto de rotacio.
Por turniĝanta nigra truo, tiu efiko estas tiel forta proksime de la eventa horizonto ke objekto devus moviĝi pli rapide ol la lumrapideco en la kontraŭa direkto al ĵus stari daŭre.
#000047
La ergosfero de nigra truo estas volumeno kies interna limo estas la oblato-sferoida eventhorizonto de la nigra truo kaj kukurb-forma ekstera limo, [80] kiu koincidas kun la eventa horizonto ĉe la polusoj sed videble pli larĝaj ĉirkaŭ la ekvatoro.
La ekstera limo foje estas nomita la ergosurfaco.
#000048
Objektoj kaj radiado povas eskapi normale de la ergosfero.
Tra la Penrose-procezo, objektoj povas eliri el la ergosfero kun pli da energio ol ili eniris.
Tiu energio estas prenita de la rotacia energio de la nigra truo kaŭzante ĉi-lastan bremsi.
#000049
En Newtonian gravito, testpartikloj povas stabile orbiti ĉe arbitraj distancoj de centra objekto.
En ĝenerala relativeco, aliflanke, tie ekzistas plej interna stabila cirkla orbito (ofte nomita la ISCO), interno de kiu, ĉiuj infinitezimalaj perturboj al cirkla orbito kondukos al enspiralo en la nigran truon.
La loko de la ISCO dependas de la spino de la nigra truo, koncerne Schwarzschild nigran truon (spino nul) estas:
#000050
kaj malkreskoj kun kreskanta spino.
#000051
Pripensante la ekzotikan naturon de nigraj truoj, povas esti nature [ ke klarigo bezonis ] pridubi se tiaj bizaraj objektoj povis ekzisti en naturo aŭ sugesti ke ili estu simple patologiaj solvoj al la ekvacioj de Einstein.
Einstein mem erare opiniis ke nigraj truoj ne formiĝus, ĉar li dirus ke la angula movokvanto de kolapsigado de partikloj stabiligus ilian decidproponon ĉe iom da radiuso.
Tio igis la ĝeneralrelativecan komunumon malakcepti ĉiujn rezultojn al la kontrasto dum multaj jaroj.
Tamen, malplimulto de relativistoj daŭre asertis ke nigraj truoj estis fizikaj objektoj, [85] kaj antaŭ la fino de la 1960-aj jaroj, ili konvinkis la plimulton pri esploristoj en la kampo kiu ekzistas neniu malhelpo al la formado de eventa horizonto.
#000052
Penrose pruvis tion post kiam eventa horizonto formiĝas, ĝenerala relativeco sen kvantuma mekaniko postulas ke neordinaraĵo formiĝos ene.
Baldaŭ poste, Hawking montris tiel multajn kosmologiajn solvojn kiuj priskribas la Praeksplodon havas neordinaraĵojn sen skalaraj kampoj aŭ alia ekzotika afero (vidu " Penrose-kolportantajn neordinaraĵteoremojn ").
[ klarigo bezonis ] La Kerr-solvo, la sen-harara teoremo, kaj la leĝoj de nigratrua termodinamiko montris ke la fizikaj trajtoj de nigraj truoj estis simplaj kaj kompreneblaj, igante ilin estimindaj temoj por esplorado.
La primara formacioprocezo por nigraj truoj estas atendita esti la gravita kolapso de pezaj objektoj kiel ekzemple steloj, sed ekzistas ankaŭ pli ekzotikaj procesoj kiuj povas kaŭzi la produktadon de nigraj truoj.
#000053
Se la tumoro da la resto superas proksimume 3-4 M ☉ (la Tolman-Oppenheimer-Volkoff limo [23] ), aŭ ĉar la origina stelo estis tre peza aŭ ĉar la resto kolektis kroman tumoron tra surkreskaĵo de materio, eĉ la degenerecpremo de neŭtronoj estas nesufiĉa ĉesigi la kolapson.
Neniu konata mekanismo (krom eventuale kazea degenerecpremo, vidu kvarkstelon) estas sufiĉe potenca por ĉesigi la implodon kaj la objekto neeviteble kolapsos por formi nigran truon.
#000055
La gravita kolapso de pezaj steloj estas supozita kaŭzi la formadon de stela tumoro nigraj truoj.
Stelformacio en la frua universo eble rezultigis tre masivajn stelojn, kiuj sur sia kolapso produktintuntaj nigrajn truojn de ĝis 103 M ☉.
Tiuj nigraj truoj povis esti la semoj de la pezegaj nigra truoj trovitaj en la centroj de la plej multaj galaksioj.
Estis plu sugestite ke pezegaj nigra truoj kun tipaj tumoroj da 105 M
Kelkaj kandidatoj por tiaj objektoj estis trovitaj en observaĵoj de la juna universo.
#000056
Dum la plej granda parto de la energio liberigita dum gravita kolapso estas elsendita tre rapide, ekstera observanto ne fakte vidas la finon de tiu proceso.
Eĉ se la kolapso prenas finhavan kvanton de tempo de la referenca kadro de enfaladmaterio, malproksima observanto vidus la enfaladmaterialon malrapida kaj haltus ĵus super la eventa horizonto, pro gravita tempodilatiĝo.
Malpeze de la kolapsa materialo prenas pli longe kaj pli longa por atingi la observanton, kun la lumo elsendita ĵus antaŭ ol la eventhorizontaj formoj prokrastis senfinan kvanton de tempo.
Tiel la ekstera observanto neniam vidas la formadon de la eventa horizonto;
anstataŭe, la kolapsa materialo ŝajnas iĝi pli malklara kaj ĉiam pli ruĝenŝoviĝoita, poste fadante for.
#000057
Gravita kolapso postulas grandan densecon.
En la nuna epoko de la universo tiuj altaj densecoj estas nur trovitaj en steloj, sed en la frua universo baldaŭ poste la praeksplod densecoj estis multe pli bonegaj, eventuale enkalkulante la kreadon de nigraj truoj.
La alta denseco sole estas ne sufiĉe por permesi la formadon de nigraj truoj ĉar unuforma amasdistribuo ne permesos la mason al fasko supren.
En ordo por praaj nigraj truoj formiĝi en tia densan medion, devas ekzisti komencaj densecperturboj kiuj tiam povas kreski sub sia propra gravito.
Malsamaj modeloj por la frua universo varias vaste en siaj prognozoj de la grandeco de tiuj perturboj.
Diversaj modeloj antaŭdiras la kreadon de nigraj truoj, intervalante de maso de Planck ĝis centoj da miloj da sunaj masoj.
Praaj nigraj truoj povis tiel respondeci pri la kreado da iu speco de nigra truo.
#000058
[ klarigo bezonis ] Malgraŭ la frua universo estanta ekstreme densa - multe pli densa ol estas kutime postulata por formi nigran truon - ĝi ne re-kolapsis en nigran truon dum la praeksplodo.
Tio estas ĉar nuntempe-konataj kalkuloj kaj denseclimoj por gravita kolapso estas kutime bazitaj sur objektoj de relative konstanta grandeco, kiel ekzemple steloj, kaj ne nepre uzas en la saman vojon al rapide vastigado de spaco kiel ekzemple la Praeksplodo.
#000059
[ citaĵo bezonis ] Alt-energiaj kolizioj
#000060
Post kiam nigra truo formiĝis, ĝi povas daŭri kreski absorbante kroman materion.
Ĉiu nigra truo kontinue absorbos gason kaj interstelan polvon de sia medio kaj ĉiean kosman jonigan fonan radiadon.
Tio estas la primara procezo tra kiu pezegaj nigra truoj ŝajnas esti kreskinta.
Simila procezo estis proponita por la formado de mez-amasaj nigraj truoj trovitaj en globaj stelamasoj.
#000062
Alia ebleco por nigratrua kresko, estas ke nigra truo kunfalus kun aliaj objektoj kiel ekzemple steloj aŭ eĉ aliaj nigraj truoj.
Kvankam ne necesa por kresko, tio estas opiniita estinti grava, precipe por la frua evoluo de pezegaj nigra truoj, kiuj povus esti formiĝinta de la koaguliĝo de multaj pli malgrandaj objektoj.
La procezo ankaŭ estis proponita kiel la origino de kelkaj mez-amasaj nigraj truoj.
#000063
En 1974, Hawking antaŭdiris ke nigraj truoj ne estas totale nigraj sed elsendas malgrandajn kvantojn de termoradiado;
tiu efiko fariĝis konata kiel Hawking-radiado.
Aplikante kvantuman kampan teorion al senmova nigratrua fono, li determinis ke nigra truo devus elsendi partiklojn kiuj elmontras perfektan nigrakorpan spektron.
Ekde la publikigo de Hawking, multaj aliaj konfirmis la rezulton tra diversaj aliroj.
Se la teorio de Hawking de nigratrua radiado estas ĝusta, tiam nigraj truoj estas atenditaj ŝrumpi kaj vaporiĝi dum tempo kiam ili perdas mason je la emisio de fotonoj kaj aliaj partikloj.
La temperaturo de tiu termika spektro ( Kolportado-temperaturo) estas proporcia al la surfacgravito de la nigra truo, kiu, por Schwarzschild nigra truo, estas inverse proporcia al la maso.
Tial, grandaj nigraj truoj elsendas malpli radiadon ol malgrandaj nigraj truoj.
#000064
Stela nigra truo de 1 M ☉ havas Hawking-temperaturon de proksimume 100 nanokelvin'oj.
Tio estas malproksima malpli ol la 2.7 K-temperaturo da la kosma fona radiado.
Stel-amasaj aŭ pli grandaj nigraj truoj ricevas pli da tumoro de la kosma mikroondfono ol ili elsendas tra Hawking-radiado kaj tiel kreskos anstataŭe de ŝrumpu.
[ citaĵo bezonis ] Por havi Hawking-temperaturon pli grandan ol 2.7 K (kaj povi vaporiĝi), nigra truo bezonus tumoron malpli ol la Luno.
Tia nigra truo havus diametron de malpli ol dekono de milimetro.
#000065
Se nigra truo estas tre malgranda, la radiadefikoj estas atenditaj iĝi fortegaj.
Eĉ nigra truo kiu estas peza komparite kun homo vaporiĝus en momento.
Nigra truo kun la maso de aŭto havus diametron de proksimume 10 −24 m kaj prenus nanosekundon por vaporiĝi, dum kiu tempo ĝi nelonge havus lumecon de pli ol 200 fojojn tiu de la suno.
Malsupra-amasaj nigraj truoj estas atenditaj vaporiĝi eĉ pli rapide;
ekzemple, nigra truo de maso 1 TeV/ c 2 daŭrus malpli ol 10 −88 sekundojn por vaporiĝi tute.
Por tia malgranda nigra truo, kvante-gravitad efikoj estas atenditaj ludi gravan rolon kaj povus hipoteze igi tian malgranda nigra truo stabila, kvankam aktualaj evoluoj en kvantuma gravito ne indikas tion.
#000066
La Hawking-radiado por astrofizika nigra truo estas antaŭdirita esti tre malforta kaj tiel estus treege malfacila detekti de la Tero.
Ebla escepto, aliflanke, estas la ekesto da gamaradioj elsenditaj en la lasta stadio de la vaporiĝo de praaj nigraj truoj.
Serĉas tiajn fulmojn pruvis malsukcesa kaj disponigas rigorajn limojn por la ebleco de ekzisto de malalta maso praaj nigraj truoj.
Fermi Gamma-ray Space Telescope de NASA lanĉita en 2008 daŭrigos la serĉon por tiuj fulmoj.
#000067
Proksime de ilia tiu sama naturo, nigraj truoj ne rekte elsendas ajnan elektromagnetan ondon krom la hipoteza Kolportadradiado, do astrofizikistoj serĉantaj nigrajn truojn devas ĝenerale fidi je nerektaj observaĵoj.
Ekzemple, la ekzisto de nigra truo foje povas esti konkludita observante siajn gravitajn interagojn kun sia medio.
#000068
Detekton de gravitaj ondoj de kunfandado de nigraj truoj
#000070
La 14an de septembro 2015 la LIGO gravita ondobservatorio faris la plejunuan sukcesan observadon de gravitaj ondoj.
La signalo estis kongrua kun teoriaj prognozoj por la gravitaj ondoj produktitaj per la fuzio de du nigraj truoj: unu kun proksimume 36 sunaj masoj, kaj la aliaj proksimume 29 sunaj masoj.
Tiu observado disponigas la plej konkretan indicon por la ekzisto de nigraj truoj ĝis nun.
Ekzemple, la gravita ondsignalo indikas ke la apartigo de la du objektoj antaŭ la fuzio estis nur 350 km (aŭ ĉirkaŭ 4 fojojn la radiuso de Schwarzschild egalrilatanta al la konkluditaj masoj).
La objektoj verŝajne tial estis ekstreme kompaktaj, forlasante nigrajn truojn kiel la plej kredinda interpreto.
#000071
Pli grave, la signalo observita fare de LIGO ankaŭ inkludis la komencon de la post-fuzia ringlanugo, la signalo produktis kiam la lastatempe formita kompakta objekto trankviliĝas al senmova ŝtato.
Verŝajne, la ringlanugo estas la plej rekta maniero observi nigra truo.
De la LIGO-signalo estas eble eltiri la frekvencon kaj malseketigan tempon de la domina reĝimo de la ringlanugo.
De tiuj estas eble konkludi la mason kaj angulan movokvanton de la fina objekto, kiuj egalas sendependajn prognozojn de nombraj simulaĵoj de la fuzio.
La frekvenco kaj kadukiĝtempo de la domina reĝimo estas determinitaj per la geometrio de la fotonsfero.
Tial, observado de tiu reĝimo konfirmas la ĉeeston de fotonsfero, aliflanke ĝi ne povas ekskludi eblajn ekzotikajn alternativojn al nigraj truoj kiuj estas sufiĉe kompaktaj por havi fotonsferon.
#000072
La observado ankaŭ disponigas la unuan observan indicon por la ekzisto de stel-amasaj nigratruaj ciferecaĵoj.
Krome, ĝi estas la unuaj observaj signoj de stel-amasaj nigraj truoj pesantaj 25 sunajn masojn aŭ pli.
#000073
Memmovadoj de steloj orbita Sagittarius A÷
#000074
Pro konservado de angula movokvanto, gaso falanta en la gravita bone kreita per masiva objekto tipe formos disk-similan strukturon ĉirkaŭ la objekto.
La impresoj de artistoj kiel ekzemple la aldonita reprezentado de nigra truo kun korono ofte prezentas la nigran truon kvazaŭ ĝi estus plat-spaca materialkorpo kaŝanta la parton de la disko ĵus malantaŭ ĝi, sed detala matematika modeligado [122] montras ke la bildo de la disko fakte estus distordita per la fleksado de lumo kiu originis malantaŭ la nigra truo de tia manieron ke la supra flanko de la disko estus totale videbla, dum volus ekzisti parte videbla sekundara bildo de la malsupra flanko de la disko.
#000076
Ene de tia disko, frikcio igus angulan movokvanton esti transportita trans, permesado gravas por falo pli enen, tiel liberigante potencialan energion kaj pliigante la temperaturon de la gaso.
#000077
Kiel tia, multaj el la pli energiaj fenomenoj de la universo ricevis al la surkreskaĵo de materio sur nigraj truoj.
Aparte, aktivaj galaksioj kaj kvazaroj verŝajne estas la surkreskaĵdiskoj de pezegaj nigra truoj.
Simile, Rentgenfotaj ciferecaĵoj estas ĝenerale akceptitaj por esti duoblastelaj sistemoj en kiuj unu el la du steloj estas kompakta objekto konglomeranta materion de sia kunulo.
Estis ankaŭ sugestite ke kelkaj ultralumaj Rentgenfotaj fontoj povas esti la akretiĝodiskoj de mez-amasaj nigraj truoj.
#000079
En novembro 2011 la unua rekta observado de kvazara akretiĝodisko ĉirkaŭ pezega nigra truo estis raportita.
#000080
Rentgenfotaj ciferecaĵoj estas duoblastelaj sistemoj kiuj elsendas plimulton de sia radiado en la Rentgenfota parto de la spektro.
Tiuj Rentgenfotaj emisioj ĝenerale supozeble rezultas kiam unu el la steloj (kompakta objekto) konglomeras materion de alia (regula) stelo.
La ĉeesto de ordinara stelo en tia sistemo disponigas unikan ŝancon por studado de la centra objekto kaj determini ĉu ĝi eble estos nigra truo.
#000081
Se tia sistemo elsendas signalojn kiuj povas esti rekte spuritaj reen al la kompakta objekto, ĝi ne povas esti nigra truo.
La foresto de tia signalo faras, aliflanke, ne ekskludi la eblecon ke la kompakta objekto estas neŭtrona stelo.
Studante la kunulstelon ĝi ofte estas ebla akiri la enorbitajn parametrojn de la sistemo kaj akiri takson por la maso de la kompakta objekto.
Se tio estas multe pli granda ol la Tolman-Oppenheimer-Volkoff limo (t.e., la maksimummaso neŭtrona stelo povas havi antaŭ ol ĝi kolapsas) tiam la objekto ne povas esti neŭtrona stelo kaj venteas ĝenerale esti nigra truo.
#000082
La unua sekura kandidato por nigra truo, Cygnus X-1, estis malkovrita laŭ tiu maniero fare de Charles Thomas Bolton, [128] Louise Webster kaj Paul Murdin [129] en 1972.
Kelkaj dubas, aliflanke, restis pro la necertecoj kiuj rezultiĝas el la kunulstelo estanta multe pli pezaj ol la kandidata nigra truo.
Nuntempe, pli bonaj kandidatoj por nigraj truoj estas trovitaj en klaso de Rentgenfotaj ciferecaĵoj nomitaj molaj Rentgenfotaj transient'oj.
En tiu klaso de sistemo, la kunulstelo estas de relative malalta tumoro enkalkulanta pli precizajn taksojn de la nigratrua tumoro.
Krome, tiuj sistemoj estas aktive elsendu Rentgenradiojn dum nur pluraj monatoj unufoje ĉiujn 10-50 jarojn.
Dum la periodo de malalta Rentgenfota emisio (nomita ripozado), la surkreskaĵdisko estas ekstreme malforta permesa detala observado de la kunulstelo dum tiu periodo.
Unu el la plej bonaj tiaj kandidatoj estas V404 Cyg.
#000083
La senforteco de la surkreskaĵdisko de Rentgenfota ciferecaĵo dum ripozado estas suspektita por esti kaŭzita de la fluo de maso enmetanta reĝimon nomitan advekci-dominita surkreskaĵofluo (ADAF).
En tiu reĝimo, preskaŭ la tuta energio generita per frikcio en la disko estas balaita kune kun la fluo anstataŭe de radia for.
Se tiu modelo estas ĝusta, tiam ĝi formas fortan kvalitan indicon por la ĉeesto de eventa horizonto, [132] de kiam se la objekto en la centro de la disko havus solidan surfacon, ĝi elsendus grandajn kvantojn de radiado kiam la tre energia gaso trafas la surfacon, [ kiun klarigo bezonis ] efikon kiu estas observita por neŭtronaj steloj en simila ŝtato.
#000084
La Rentgenfotaj emisioj de akretiĝodiskoj foje flagras ĉe certaj frekvencoj.
Tiuj signaloj estas nomitaj kvazaŭ-periodaj osciladoj kaj supozeble estas kaŭzitaj de materiala transloĝiĝo laŭ la interneĝo de la akretiĝodisko (la plej interna stabila cirkla orbito).
Ĉar tia ilia frekvenco estas ligita al la maso de la kompakta objekto.
Ili povas tiel esti utiligitaj kiel alternativa maniero determini la mason de kandidato nigraj truoj.
#000085
Astronomoj uzas la esprimo " aktivan galaksion " por priskribi galaksiojn kun nekutimaj karakterizaĵoj, kiel ekzemple nekutima spektra linio emisio kaj fortega radiemisio.
Teoriaj kaj observaj studoj montris ke la agado en tiuj aktivaj galaksioj (AGN) povas esti klarigita per la ĉeesto de pezegaj nigra truoj, kiu povas esti milionoj da tempoj pli da masivo ol stele ilin.
La modelojn de tiuj AGN konsistas el centra nigra truo kiu povas esti milionoj aŭ miliardoj da tempoj pli da masivo ol la suno;
disko el gaso kaj polvo nomita akretiĝodisko;
kaj du jetoj perpendikularaj al la akretiĝodisko.
#000086
Kvankam pezegaj nigra truoj estas atenditaj esti trovitaj en plej multe de la AGN, la nukleoj de nur kelkaj galaksioj estis pli singarde studitaj en provoj al kaj identigas kaj mezuras la faktajn masojn de la centraj pezegonigratruaj kandidatoj.
Kelkaj el la plej rimarkindaj galaksioj kun pezegonigratruaj kandidatoj inkludas la Andromeda galaksion, M32, M87, NGC 3115, NGC 3377, NGC 4258, NGC 4889, NGC 1277, Oj 287, APM 08279+5255 kaj la M104.
#000087
Estas nun vaste akceptite ke la centro de preskaŭ ĉiu galaksio, ne ĵus aktivaj, enhavas pezegan nigran truon.
La proksima observa korelacio inter la maso de tiu truo kaj la rapidecdisvastigo de la tubero de la mastro-galaksio, konata kiel la M-sigma rilato, forte indikas ligon inter la formado de la nigra truo kaj la galaksio mem.
#000088
Alia maniero kiel en kiu la nigratrua naturo de objekto povas esti testita en la estonteco estas tra observado de efikoj kaŭzitaj de forta gravitkampo en ilia najbareco.
Unu tia efiko estas gravita lensing: La deformado de spactempo ĉirkaŭ masiva objekto igas malpezajn radiojn esti deviigitaj multon kiel lumo pasanta tra optika lenso.
Observaĵoj estis faritaj de malforta gravita lensing, en kiuj malpezaj radioj estas deviigitaj je nur kelkaj arksekundoj.
Tamen, ĝi neniam estis rekte observita por nigra truo.
Unu ebleco por observado de gravita lensing de nigra truo devus observi stelojn en cirkulado omkring la nigra truo.
Ekzistas pluraj kandidatoj por tia observado en cirkulado omkring Sagittarius A÷.
#000089
La indico por stelaj nigra truoj forte dependas de la ekzisto de supra limo por la maso de neŭtrona stelo.
La grandeco de tiu limo peze dependas de la supozoj faritaj koncerne la trajtojn de densa materio.
Novaj ekzotikaj fazoj de materio povis puŝi supren tion ligis.
Fazo de liberaj kvarkoj ĉe alta denseco eble permesos la ekziston de densaj kvarksteloj, [142] kaj kelkaj supersimetriaj modeloj antaŭdiras la ekziston de Q-steloj.
Kelkaj etendaĵoj de la norma modelo postulas la ekziston de preons kiel fundamentaj konstrubriketoj de kvarkoj kaj leptonoj, kiuj povis hipoteze formi preonstelojn.
Tiuj hipotezaj modeloj eble povis klarigi kelkajn observaĵojn de stelonigratruaj kandidatoj.
Tamen, ĝi povas esti montrita de argumentoj en ĝenerala relativeco ke eventuala tia objekto havos maksimuman mason.
#000090
Ekde la averaĝa denseco da nigra truo ene de ĝia radiuso de Schwarzschild estas inverse proporcia al la kvadrato de ĝia maso, pezegaj nigra truoj estas multe malpli densaj ol stelaj nigra truoj (la averaĝa denseco de 108 M ☉ nigra truo estas komparebla al tiu de akvo).
Sekve, la fiziko de materio formanta pezegan nigran truon estas multe pli bone komprenita kaj la eblaj alternativaj klarigoj por pezegonigratruaj observaĵoj estas multe pli sekularaj.
Ekzemple, pezega nigra truo povus esti modeligita per granda areto de tre malhelaj objektoj.
Tamen, tiaj alternativoj estas tipe ne sufiĉe stabilaj por klarigi la pezegonigratruajn kandidatojn.
#000091
La indico por la ekzisto da stelaj kaj pezegaj nigra truoj implicas tion en ordo por nigraj truoj por ne formiĝi, ĝenerala relativeco devas malsukcesi kiel teorio de gravito, eble pro la komenco de kvantmekanikaj ĝustigoj.
Multe anticipita kvalito de teorio de kvantuma gravito estas ke ĝi ne faras trajtoneordinaraĵoj aŭ eventaj horizontoj kaj tiel nigraj truoj ne estus realaj artefaktoj.
En 2002, [146] multe da atento estis tirita fare de la obstaklumpilk modelo en teorio de kordoj.
Surbaze de kalkuloj por specifaj situacioj en teorio de kordoj, la propono indikas ke senmarke la unuopaj ŝtatoj de nigratrua solvo ne havas eventan horizonton aŭ neordinaraĵon, sed ke por klasika/semi-klasika observanto la statistika mezumo de tiaj ŝtatoj prezentiĝas ekzakte kiel ordinara nigra truo kiel konkludite el ĝenerala relativeco.
#000092
Ekzistas kelkaj teoriaj objektoj kiuj egalus observaĵojn de astronomiaj nigratruaj kandidatoj idente aŭ preskaŭ-idente, sed kiuj funkcias per malsama mekanismo.
Tiuj inkludas la Gravastelon, la malhelan energion stel, kaj la nigran stelon (semiklasika gravito).
#000093
En 1971, Hawking montris sub ĝeneralaj statoj [Noto 4] ke la suma areo de la eventaj horizontoj de iu kolekto de klasikaj nigraj truoj neniam povas malpliiĝi, eĉ se ili kolizias kaj kunfalas.
Tiu rezulto, nun konata kiel la dua leĝo da nigratrua mekaniko, estas rimarkinde simila al la dua leĝo de termodinamiko, kiu deklaras ke la totala entropio de sistemo neniam povas malpliiĝi.
Ĉar kun klasika obĵetas ĉe absoluta nul temperaturo, estis supozite ke nigraj truoj havis nul entropion.
Se tio estis la kazo, la dua leĝo de termodinamiko estus malobservita per entropi-ŝarĝita materio eniranta nigran truon, rezultigante malkreskon de la totala entropio de la universo.
Tial, Bekenstein proponis ke nigra truo devus havi entropion, kaj ke ĝi devus esti proporcia al sia horizontareo.
#000094
La ligo kun la leĝoj de termodinamiko estis plue fortigita per la eltrovaĵo de Hawking ke kvantuma kampa teorio antaŭdiras ke nigra truo radias nigran korpradiadon ĉe konstanta temperaturo.
Tio ŝajne kaŭzas malobservon de la dua leĝo de nigratrua mekaniko, ĉar la radiado forportos energion de la nigra truo igante ĝin ŝrumpi.
La radiado, aliflanke ankaŭ forportas entropion, kaj povas esti pruvite sub ĝeneralaj kondiĉoj ke la sumo de la entropio de la afero ĉirkaŭanta nigran truon kaj unu'kvaronon de la areo de la horizonto kiel mezurite en unuo de Planck fakte ĉiam kreskas.
Tio permesas la formuliĝon de la unua leĝo de nigratruaj mekanikistoj kiel analogo de la unua leĝo de termodinamiko, kie la maso funkcias kiel energio, la surfacgravito kiel temperaturo kaj la areo kiel entropio.
#000095
Unu enigma trajto estas ke la entropio de nigra truo skrapas kun sia areo prefere ol kun sia volumeno, ĉar entropio estas normale ampleksa kvanto kiu skrapas linie kun la volumeno de la sistemo.
Tiu stranga posedaĵo igis Gerard 't Hooft kaj Leonard Susskind proponi la holografian principon, kiu indikas ke io ajn kiu okazas en volumeno de spactempo povas esti priskribita per datenoj pri la limo de tiu volumeno.
#000096
Kvankam ĝenerala relativeco povas esti uzita por prezenti semi-klasikan kalkulon de nigratrua entropio, tiu situacio estas teorie nekontentiga.
En statistikaj mekanikoj, entropio estas komprenita kiel nombrado de la nombro da mikroskopaj konfiguracioj de sistemo kiuj havas la samajn makroskopajn kvalitojn (kiel ekzemple maso, pagendaĵo, premo, ktp.).
Sen kontentiga teorio de kvantuma gravito, oni ne povas prezenti tian komputadon por nigraj truoj.
Iu progreso estis farita en diversaj aliroj al kvantuma gravito.
En 1995, Andrew Strominger kaj Cumrun Vafa montris ke nombri la mikroŝtatojn de specifa supersimetria nigra truo en teorio de kordoj reproduktis la Bekenstein-kolportantan entropion.
Ekde tiam, similaj rezultoj estis raportis por malsamaj nigraj truoj kaj en teorio de kordoj kaj en aliaj aliroj al kvantuma gravito kiel buklo-kvantumgravito.
#000097
(pli neklarigitaj problemoj en fiziko) Ĉar nigra truo havas nur kelkajn internajn parametrojn, la plej grandan parton de la informoj pri la afero kiu iris en formado de la nigra truo estas perdita.
Nekonsiderante la specon de materio kiu iras en nigran truon, ĝi prezentiĝas tiel nur informoj koncernantaj la totalamason, pagendaĵon, kaj angula movokvanto estas konservita.
Tiel longe kiel nigraj truoj laŭsupoze daŭris eterne tiujn informojn perdo ne estas tiu probleman, ĉar la informoj povas esti opiniitaj de ekster kiel ekzistante ene de la nigra truo, nealirebla de la.
Tamen, nigraj truoj malrapide vaporiĝas elsendante Kolportadradiadon.
Tiu radiado ne ŝajnas porti ajnajn kromajn informojn pri la afero kiu formis la nigran truon, signifante ke tiuj informoj ŝajnas esti irita eterne.
#000098
La demando ĉu informoj estas vere perditaj en nigraj truoj (la nigratruaj informparadokso) disigis la teorifizikan komunumon (vidu Thorne-Hawking-Preskill-veton).
En kvantumaj mekanikoj, perdo da informoj egalrilatas al la malobservo de decida posedaĵo nomita unitareco, kiu povas fari kun la konservado de verŝajneco.
Estis argumentite ke perdo de unitareco ankaŭ implicus malobservon de principo de konservado de energio.
Dum lastatempaj jaroj indico konstruis ke efektive informoj kaj unitareco estas konservitaj en plena kvanta gravita traktado de la problemo.
#000099
Laŭ kvantuma kampa teorio en kurba spactempo, ununura emisio de Kolportadradiado implikas du reciproke implikitajn partiklojn.
La eksiĝinta partiklo eskapas kaj estas elsendita kiel kvanto de Kolportadradiado;
la enfaladpartiklo estas glutita per la nigra truo.
Supozu nigran truon formitan finhava tempo en la pasinteco kaj plene vaporiĝos for en iu finhava tempo en la estonteco.
Tiam, ĝi nur elsendos finhavan informkvanton ĉifrita ene de sia Hawking-radiado.
Tio kreas paradokson: kiun principo nomita "monogamio de ennodiĝo" postulas ke, kiel iu kvantumsistemo, la eksiĝinta partiklo ne povas esti plene implikiĝis kun du sendependaj sistemoj en la sama tempo;
ankoraŭ ĉi tie la eksiĝinta partiklo ŝajnas esti implikiĝis kun kaj la enfaladpartiklo kaj, sendepende, kun pasinta Kolportadradiado.
#000100
Por solvi la paradokson, fizikistoj povas poste esti devigitaj prirezigni unu el tri temp-testitaj teorioj: la ekvivalentprincipo de Einstein, unitareco, aŭ ekzistanta kvantuma kampa teorio.
Unu ebla solvo, kiu malobservas la ekvivalentprincipon, estas ke "fajromuro" detruas alvenantajn partiklojn ĉe la eventa horizonto.
Analizo da LIGO-datenoj (2016) montras provajn signojn de eĥoj kaŭzitaj de malklarkontura eventa horizonto;
tiaj eĥoj povas esti eblaj en fajromuro aŭ obstaklumpilk teorioj sed ne devus okazi en klasika ĝenerala relativeco.
Dum la venontaj du jaroj, kroma LIGO datenoj devus establi ĉu la eĥoj estis ĵus hazarda bruo, aŭ ĉu ili estas anstataŭe signoj de malobservo de klasika ĝenerala relativeco.
#000101
Listo de plej proksimaj nigraj truoj
#000102
^ The value of cJ/GM2 can exceed 1 for objects other than nigraj truoj.
The largest value known for a neŭtrona stelo is ≤ 0.4, and commonly used equations of state would limit that value to< 0,7.
^ The set of possible paths, or more accurately the future light cone containing all possible world lines (in this diagram the light cone is represented by the V-shaped region bounded by arrows representing light ray world lines), is tilted in this enveturejo Eddington-Finkelstein coordinates (the diagram is a " cartoon " version of an Eddington-Finkelstein coordinate diagram), but in other coordinates the light cones are not tilted in this way, for example in Schwarzschild coordinates they simply narrow without tilting as one approaches the eventa horizonto, and in Kruskal-Szekeres coordinates the light cones do_ _n't change shape or orientation at all.
^ This is true only for 4-dimensional spacetimes.
In higher dimensions more complicated horizon topologies like a black ring are possible.
^ In particular, he assumed that all matter satisfies the weak energy condition .
#000103
Eterne kolapsigante objekton Magnetsfera eterne kolapsigante objekton
#000110
Historio de teorio de kordoj Unua superŝnurcirkulado
#000111
Nigra truo estas kosma objekto, kies kerno kunfalis. En tia astro kompakta la tuta materio kunfalis al tiom densa formo, ke ĝia enorma gravito baras eĉ la proprajn lumradiojn. Do ĝi ne povas elsendi lumon kaj estas nigra. Ĝia gravito povas reteni ĉiajn objektojn ĉirkaŭajn, kiuj aliras ĝin kirle. Laŭ la teorio de relativeco, nenio povas eliri el nigra truo (ekzemplo: se iu sendus iom da lumo al la nigra truo, la lumo reflektiĝus neniam, ĉar la gravito estas tro intensa).
#000114
La terminon "nigra truo" anglalingve (black hole) enkondukis la fizikisto John Archibald Wheeler en 1967.
#000115
Nigraj truoj ne estas rekte observeblaj, sed kelkaj nerektaj teknikoj laŭ diversaj ondolongoj estis konceptitaj kaj permesas studi la fenomenojn naskatajn en la ĉirkaŭaĵoj. Ekzemple: la materio altirata al nigra truo estas varmigita je tre alta temperaturo, kio estigas elsendon de Ikso-radioj; la ruĝenŝoviĝo de steloj turniĝantaj ĉirkaŭen helpas koni la movojn de tiuj steloj, konsekvence la mason de la nigra truo.
#000116
La ekzisto de nigraj truoj estas certeco por la preskaŭa tuto de scienca komunumo koncernata de nigraj truoj (astrofizikistoj kaj teorifizikistoj). Astronomoj identigis multajn nigrajn truojn, kaj pruvis ekziston de pezegaj nigraj truoj en la centroj de multegaj galaksioj, eĉ la nia.
#000117
La koncepton de objekto tiom masa, ke eĉ lumo ne povas eskapi el ĝi, prezentis la angla geologo John Michell en artikolo, kiun li en 1783 sendis al la Reĝa Societo. Tiutempa fiziko bone konis la konceptojn de gravito kaj eskapa rapido. Michell kalkulis, ke objekto kun la 500-obla radiuso de Suno kaj sama denso havus surface eskapan rapidon egalan al lumrapido kaj tial estus nevidebla. Li skribis:
#000118
Se la radiuso de globo samdensa kiel Suno superus tiun de Suno en proporcio 500 al 1, korpo falanta el nefinia distanco akirus ĝis la surfaco rapidon plian ol tiu de la lumo, kaj se supozi, ke lumo estas altirata samforte proporcie al sia inerteco kiel aliaj korpoj, ĉia lumo elsendita de tia korpo estus reirigita al ĝi pro ĝia gravito.[1]
#000119
Michell konsideris la eblon, ke multaj tiaj nevideblaj objektoj ekzistu en kosmo, kvankam li taksis ĝin malverŝajna. Lia kalkulo baziĝis sur la klasika (ne-relativeca) fiziko. La saman ideon prezentis Pierre-Simon Laplace en 1796 en sia eseo Exposition du Système du Monde, uzante la nomon corps obscur (france, = malhela korpo).
#000120
Kiam Ejnŝtejno en 1916 publikigis sian teorion de relativeco, Karl Schwarzschild povis kalkuli la radiuson de globo, ĉe kiu la eskapa rapido de certa maso estus egala al la rapido de lumo; oni nomas tiun radiuson radiuso de Schwarzschild aŭ eventa horizonto. Se korpo estas malpli granda ol ĝia eventa horizonto, lumo ne povas eskapi el ĝi. Tia malgrandeco tamen signifas enorman densecon. La demandon, ĉu tia denso estas ebla, Ejnŝtejno diskutis en artikolo de 1939. Li konkludis, ke ne eblas atingi tian denson, ĉar masero altirata al la centra maso devus orbiti per rapido pli granda ol tiu de la lumo, kio ne eblas[2].
#000121
Samjare Robert Oppenheimer kaj Hartland Snyder demonstris[3], ke la necesa denso ja povas esti atingita, se maseroj aliĝas al la centra maso ne orbitante, sed falante laŭ radiusa direkto.
#000122
Nur stelo, kies maso estas supera al 25 sunaj masoj, povas formi nigran truon. Tiu nigra truo tamen povas havi malpli grandan mason. Ekzemple la rentgena stelo XTE J1650−500, kiu enhavas nigran truon, havas nur 3,8 sunajn masojn.
#000123
Kiam stelo formanĝis sian nuklean brulaĵon (fuziante malpezajn al pli kaj pli pezaj elementoj, maksimume al fero), la kerno stela kuntiriĝas pro gravito. En tiu procezo estas decida la maso de la stelo, kaj rolas diversaj fizike kalkuleblaj limoj. Ekzemple la Limigo de Chandrasekhar diras, ke stelo kun malpli ol ĉ. 1,4 sunaj masoj povas rezisti la gravitan premon per la elektrona degenereca premo kaj finiĝas kiel blanka nano. Pli pezaj steloj kun maksimume 3 sunaj masoj iĝas neŭtronaj steloj.
#000124
Sufiĉe masaj astroj eksplodas post kuntiriĝo kaj formas supernovaon. Tiu fenomeno forkaptas tavolojn eksterajn, malpli kompaktajn. Nur kerna zono restas. Unu kulerpleno da kerna materio, kompaktega, pezas pli ol unu miliardon da gramoj.
#000125
Tia astro postrestanta povas enhavi multajn sunomasojn en sfero, kies diametro mezuras kelkajn kilometrojn.
#000126
Stephen Hawking en la 1970-aj jaroj prezentis la ideon, ke povus ekzisti nigraj truoj, kiuj ne ekestis per supernovaoj, sed restis de la unua tempo post la Praeksplodo, kiam la denso de la universo estis grandega. Tiaj nigraj truoj povus havi mason de nur ĉ. 1012 kg; tio estas la maso de kuba kilometro (km3) da akvo.
#000127
Eventoj kun ekstreme grandaj masoj, ekzemple la kolizio de du galaksioj, povas ekestigi paron da nigraj truoj, kiuj orbitas ĉirkaŭ si reciproke kaj iam kunfandiĝas. Astronomoj supozas, ke la super-masa nigra truo en la centro de la galaksio M87 per kunfandiĝo.
#000128
La modelo de Karl Schwarzschild konsideras objektojn ne rotaciantajn kaj sen elektra ŝargo. Ĝi havas solvon matematike sufiĉe simplan, sed la reala ekzisto de tia objekto estas neprobabla, ĉar eĉ malgranda rotacio komenca devas enorme pliiĝi dum la kunfalo de la objekto, por konservi la angulan movokvanton.
#000129
La modelo de Roy Patrick Kerr konsideras objektojn sen elektra ŝargo sed ja rotaciantajn. Ĝi verŝajne prezentas realisman situacion. Rotacianta stelo kunfalanta povas rezultigi nigran truon, en kiu la singularejo ne estas punkto, sed pro la rotacio havas diskan formon. Rezultas ne unu, sed du eventaj horizontoj kaj tiel nomata ergosfero ĉirkaŭ ili, en kiu ĉiu objekto estas entirata en la rotacion de la nigra truo.
#000130
La modelo de Kerr kaj Ezra Newman konsideras objektojn rotaciantajn kaj elektre ŝargitajn. La rezultanta elektromagneta kampo tiam tordas la spacotempon.
#000131
Nigraj truoj faras gravitan lensadon. La bildoj sube montras la ekzemplon. En la fono estas spirala galaksio vidata de la rando. Ĉi tiuj bildoj estas komputila simulado. Similaj bildoj neniam estis fotitaj. La nigra truo estas observata de distanco de 50 ĝiaj radiusoj, la angulo de vido de la tuta bildo estas 60°.
#000133
Argumento kontraŭ la ekzisto de nigraj truoj estas la "inform-paradokso". Apliko de la kvantuma mekaniko kaj de la ĝenerala relativeco al la hipotezo de nigra truo rezultigas, ke la truo povus "forvaporiĝi" per elsendo de lumradioj el sia eventa horizonto (tiel nomata Hawking-radiado). Tiel la truo povus komplete neniiĝi, lasante nenian spuron de sia iama ekzisto kaj pri la objektoj enfalintaj en ĝin. Tio kontraŭas la aksiomon de la kvantuma mekaniko, ke informo ne perdiĝas; alivorte, la evoluo de nigra truo estus sur kvantuma nivelo ne inversigebla, ne simetria laŭ la tempa direkto.
#000134
Tiun informperdon konkretigas teoremo de Werner Israel (1967), laŭ kiu nigra truo, kiom ajn granda, posedas nur tri mezureblajn ecojn: mason, elektran ŝargon kaj angulan movokvanton. Se tiel estas, do ĉiuj aliaj ecoj de enfalantaj objektoj perdiĝas. John Archibald Wheeler resumis tiun teoremon per "nigraj truoj ne havas harojn", tial oni parolas ankaŭ pri la senhareca teoremo. Stephen Hawking, iam ano de tiu teorio, en 2004 (17-a Internacia Konferenco pri Ĝenerala Relativeco kaj Gravito; angle: International Conference on General Relativity and Gravitation) diris, ke eble nigraj truoj tamen povas "havi harojn", kaj ke neniiĝantaj nigraj truoj iel redonas la informkvanton, kiun ili antaŭe glutis.
#000135
Iuj sciencistoj proponis aliajn hipotezojn por priskribi la sorton de kunfalanta stelo. Tiuj hipotezoj ĝenerale celas eviti teoriajn problemojn, kiuj rezultas el la singularejo en nigra truo, ekzemple la inform-paradokson.
#000136
Nigra stelo pro kvantumaj efikoj ne superas certan denson kaj ne havas eventan horizonton. Ilia lumo estus ekstreme malforta pro la forta ruĝenŝoviĝo.
#000137
Gravit-vakuuma stelo (gra-va-stelo) aŭ kvazaŭ-nigratrua objekto (QBHO laŭ la angla quasi black-hole object) estas la objekto de teorio de Pawel Mazur kaj Emil Mottola. Male al nigraj steloj ĝi ne estus observe distingebla disde nigra truo.
#000138
Artista prezento de nigra truo kun proksime orbitanta kompaniula stelo, kiu superas ĝian Roche-limon. En-falanta materio formas akir-diskon.
Arta prezento de nigra truo, de NASA.
Nigra truo de dek sun-masoj, vidate el distanco de 600 km, kun la Lakta vojo fone
La radio elsendita de galaksio M87 supozeble estas kaŭzata de ega nigra truo en la galaksia centro
#000139
Artista prezento de nigra truo kun proksime orbitanta kompaniula stelo, kiu superas ĝian Roche-limon. En-falanta materio formas akir-diskon.
#000140
Arta prezento de nigra truo, de NASA.
#000141
Nigra truo de dek sun-masoj, vidate el distanco de 600 km, kun la Lakta vojo fone
#000142
La radio elsendita de galaksio M87 supozeble estas kaŭzata de ega nigra truo en la galaksia centro
#000143