Vụ nổ lỗ đen

Tôi đã đi khắp YouTube và quan sát video được sản xuất thú vị này . Trong đó, khi mô tả hành vi của một lỗ đen với khối lượng niken của Mỹ, người kể chuyện nói: "5 gram khối lượng của nó sẽ được chuyển đổi thành 450 terajoules năng lượng, sẽ dẫn đến một vụ nổ lớn hơn khoảng ba lần so với bom rơi xuống Hiroshima và Nagasaki kết hợp. "

Trong tất cả những điều thú vị được minh họa ở đó, đó là điều mà tôi không hiểu. Các lỗ đen có phát nổ sau khi chúng tỏa ra toàn bộ khối lượng của chúng không? Hay "vụ nổ" sẽ đến từ tốc độ nhanh chóng mà lỗ đen sẽ tiêu thụ vật chất gần đó?

Googling tôi đã làm cho đến nay không cung cấp câu trả lời chắc chắn. Lần gần nhất tôi đến là từ trang Wikipedia về Hawking Radiation , viết: "Đối với một lỗ đen của một khối lượng mặt trời, chúng ta có thời gian bay hơi là 2.098 × 10 ^ 67 năm, lâu hơn nhiều so với tuổi hiện tại của vũ trụ ở mức 13,799 ± 0,021 x 10 ^ 9 năm. Nhưng đối với lỗ đen 10 ^ 11 kg, thời gian bay hơi là 2,667 tỷ năm. Đây là lý do tại sao một số nhà thiên văn học đang tìm kiếm dấu hiệu nổ tung các lỗ đen nguyên thủy. "

Một số trang web khác đề cập đến "vụ nổ" cuối cùng của lỗ đen siêu lớn của Dải Ngân hà cách đây khoảng 2 triệu năm, nhưng đó có phải là cùng một cơ chế được đề cập trên trang Wikipedia? Hoặc video YouTube, cho vấn đề đó?

Cảm ơn trước. =)

black-hole explosion

— musasabi
nguồn

Chỉ cần rõ ràng "vụ nổ" của lỗ đen Siêu nhân là một cái gì đó khác biệt. Đó là những tia năng lượng từ vật chất rơi xuống. Đó không phải là lỗ đen thực sự phát nổ, mà là vật chất khi nó xoắn ốc, rất nóng và giải phóng năng lượng trước khi nó rơi vào bên trong lỗ đen.

— dùngLTK

Đúng vậy, đó là lý do tại sao tôi nghĩ rằng video không có khả năng đề cập đến "ma sát" hoặc do đó vật liệu được tiêu thụ.

— musasabi

Câu trả lời:

Những gì video này đang nói về là bức xạ Hawking, như bạn đã liên kết. Hawking Radiation là một cách giả thuyết được đề xuất (không có nghĩa là đã được xác minh hoặc chứng minh) cho một lỗ đen để tỏa năng lượng của nó vào không gian. Ý tưởng cơ bản là một lỗ đen không là gì ngoài khối lượng / năng lượng bị nén đến một điểm cực hạn, nó đang tỏa năng lượng của nó vào không gian theo thời gian. Đối với các lỗ đen lớn (như khối lượng mặt trời hoặc lớn hơn), quá trình bức xạ này rất nhỏ và thời gian để rò rỉ tất cả năng lượng của lỗ đen vào không gian (và do đó để lỗ đen "bốc hơi") là quá lâu. Tuy nhiên, đối với các lỗ đen nhỏ, thời gian để tỏa ra tất cả năng lượng của lỗ đen là cực kỳ ngắn.

Bạn có thể tính toán sẽ mất bao lâu để một lỗ đen khối lượng bay hơi (và giải phóng tất cả khối lượng / năng lượng của nó) với phương trình $m$

t_{ev} = \frac{5120 π G^{2} m^{3}}{ℏ c^{4}} = (8.41 \times 10^{- 17} s {k g}^{- 3}) m^{3}

$t_{\text{ev}} = \frac{5120\pi G^2 m^3}{\hbar c^4} = (8.41\times 10^{-17}\:\mathrm{s}\:\mathrm{kg}^{-3})\:m^3$

Với , bạn nhận được . Bây giờ điều đó có nghĩa là trong khoảng thời gian nhỏ bé này, lỗ đen sẽ tỏa toàn bộ khối lượng / năng lượng của nó đi và bay hơi hoàn toàn. Nhưng sản lượng của tất cả năng lượng trong 5 g khối lượng là một sản lượng rất lớn. Đưa ra 450 Terajoules năng lượng trong về cơ bản chỉ là một vụ nổ. Bạn có thể xác định tổng sản lượng năng lượng từ phương trình nổi tiếng $m = 5\:\mathrm{g}=0.005\:\mathrm{kg}$ $t_{\text{ev}} \simeq 4\times10^{-19}\:\mathrm{s}$ $10^{-19}\:\mathrm{s}$

E = = m c^{2}

$E=mc^2$

Chỉ cần cắm vào và và bạn sẽ nhận được . $m = 0.005\:\mathrm{kg}$ $c = 3\times 10^8\:\mathrm{m/s}$ $E=4.5\times 10^{14}\:\mathrm{J} = 450\:\mathrm{Terajoules}$

Vì vậy, trong ngắn hạn, các tính toán giả thuyết (thậm chí không phải là lý thuyết tại thời điểm này) cho thấy rằng một lỗ đen nhỏ với khối lượng niken sẽ ngay lập tức phát nổ trong một lượng năng lượng khổng lồ. Liệu một lỗ đen như vậy có thể hình thành hay không, hoặc nếu sự bốc hơi như vậy có thể / có thể xảy ra hay không vẫn còn được tranh luận và cuối cùng vẫn chưa được biết đến vào thời điểm này.

— cháu trai
nguồn

Đây là một câu trả lời ngắn gọn và đầy đủ. Cảm ơn bạn! Ngoài ra, sửa lỗi chính tả. =)

— musasabi

@musasabi Thật ra, bức xạ Hawking có thể không quá giả thuyết. Điều này chỉ ở (tiếng Pháp) : Một nhà nghiên cứu tại Technion ở Israel đã tạo ra một phiên bản "âm thanh" của một lỗ đen trong ngưng tụ Bose-Einstein và cho thấy các sóng hoạt động như bức xạ Hawking, và hoạt động như mong đợi, bao gồm cả việc thể hiện lượng tử tác dụng.

— Idillotexist Idillotexist

@IwillnotexistIdonotexist Đó chắc chắn là một sự song hành thú vị. Tôi phải tự hỏi liệu một lỗ đen "âm thanh" có đủ gần với một lỗ đen thực sự sao cho "bức xạ" quan sát được là kết quả của cùng một vật lý. Tuy nhiên thú vị. Cám ơn vì đã chia sẻ!

— zephyr

Đối với hồ sơ, thời gian bay hơi là một đại lượng thống kê. Đó là giá trị mong đợi của một quá trình ngẫu nhiên. Về nguyên tắc, có một xác suất khác không rằng một lỗ đen nhỏ bé như vậy có thể sống hàng tỷ năm. Nếu một số lượng lớn trong số chúng được tạo ra trong vũ trụ sơ khai, thì chúng ta có thể thống kê mong đợi rằng sẽ có những "vụ nổ" đang diễn ra khi cuối cùng họ ngừng trúng xổ số sống sót. Những nỗ lực để phát hiện những sự kiện như vậy đã không thành công, theo hiểu biết của tôi.

— zibadawa timmy

-1

Không có lỗ đen có thể phát nổ, bất kể kích thước. Nó có thể tỏa năng lượng bên ngoài chân trời sự kiện của nó, nhưng một "vụ nổ" năng lượng thích hợp từ chính lỗ đen sẽ phải vượt quá tốc độ ánh sáng, hiện không thể thực hiện được.

Ngoài ra, nếu một vật thể có khối lượng niken, thì đó không phải là lỗ đen. Cụ thể hơn, chân trời sự kiện của nó đủ nhỏ để nằm gọn trong diện tích bề mặt của chính nó, điều này đúng với tất cả các vật thể lớn không phải là lỗ đen. Trong thực tế, chân trời sự kiện của một thứ gì đó có khối lượng niken thực sự nhỏ đến mức khó tin (mặc dù KHÔNG tồn tại). Nickels (và các vật thể khác có khối lượng tương tự) không có đủ lực hấp dẫn để tạo thành một lỗ đen. Tôi nghi ngờ có lẽ bạn đang nhầm lẫn "khối lượng" với "kích thước" ...?

Tuy nhiên, nếu một quá trình tồn tại có thể biến khối lượng của niken thành năng lượng mà nó thể hiện (mỗi E = mc ^ 2), thì đúng vậy, nó sẽ là một năng lượng cực lớn. Quá trình duy nhất như vậy tồn tại là có một vật thể có một nửa khối lượng niken tương tác (chạm) một vật thể phản vật chất với một nửa khối lượng của niken. Khối lượng kết hợp của 2 vật thể sẽ tổng khối lượng của niken và sẽ giải phóng lượng năng lượng tinh khiết thích hợp mà không có khối lượng còn lại.

— Malf
nguồn

Nếu bức xạ Hawking tồn tại, các lỗ đen có thể giải phóng năng lượng, chúng có thể "nổ tung". Mặc dù không có cơ chế được biết đến để tạo thành một lỗ đen với khối lượng của niken, không có lý do gì mà một lỗ đen như vậy không thể tồn tại. Biến động trong không gian thời gian trong vũ trụ rất sớm có thể tạo ra các lỗ đen nhỏ.

— James K

"Chân trời sự kiện của nó đủ nhỏ để nằm trong diện tích bề mặt của chính nó" - cho tôi biết, diện tích bề mặt của lỗ đen được định nghĩa như thế nào?

— dùng253751

Tôi có thể nghĩ rằng chân trời sự kiện là diện tích bề mặt của lỗ đen?

— Bất thường ảo

Mặc dù thời gian sẽ làm mất cả một lỗ đen của khối lượng mặt trời để bốc hơi, nhưng đối với tôi, nó dường như sẽ không bay hơi trong một vật chất tuyến tính. Khi lỗ đen trở nên ít lớn hơn, nó sẽ bay hơi nhanh hơn, cho đến khi nó rơi xuống một lỗ có kích thước bằng niken, sau đó sẽ bay hơi đủ nhanh để được coi là một vụ nổ.

— Howard Miller

@JamesK "Mặc dù không có cơ chế nào tạo thành lỗ đen với khối lượng niken ..." Chà, nếu lỗ đen bay hơi, thì bất kỳ lỗ đen nào có khối lượng lớn hơn một biệt danh sẽ trở thành một khối đen với khối lượng của một biệt danh tại một số điểm :)

— Jason Goemaat