หลุมดำจะพบได้อย่างไร?

หลุมดำมีแรงโน้มถ่วงมากจนแม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลบหนีได้ หากเรามองไม่เห็นพวกมันและดูดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดเราจะหามันเจอได้อย่างไร

เพื่อเพิ่มคำตอบของ John Conde ตามหน้าเว็บของนาซ่า"หลุมดำ"การตรวจจับหลุมดำไม่สามารถทำได้อย่างชัดเจนโดยการตรวจจับการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทุกรูปแบบที่มาจากมันโดยตรง (ดังนั้นจึงไม่สามารถ 'เห็น')

หลุมดำสรุปโดยการสังเกตการมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งรอบตัวจากหน้าเว็บ:

อย่างไรก็ตามเราสามารถสรุปการมีอยู่ของหลุมดำและศึกษาพวกมันได้โดยการตรวจหาผลกระทบต่อเรื่องอื่นที่อยู่ใกล้เคียง

รวมถึงการตรวจจับรังสีเอกซ์ที่แผ่ออกจากสสารที่เร่งไปยังหลุมดำ แม้ว่าสิ่งนี้จะขัดแย้งกับย่อหน้าแรกของฉัน - มันจำเป็นต้องสังเกตว่านี่ไม่ใช่โดยตรงจากหลุมดำ แต่จากการโต้ตอบกับสสารที่เร่งไปหามัน

มีหลายวิธีในการทำเช่นนี้

เลนส์ความโน้มถ่วง

นี่คือที่รู้จักกันดีที่สุดโดยไกล มันถูกกล่าวถึงโดยคนอื่น ๆ แต่ฉันจะสัมผัสมัน

แสงที่มาจากวัตถุที่อยู่ไกลออกไปสามารถโน้มถ่วงด้วยแรงโน้มถ่วงทำให้เกิดเอฟเฟกต์เหมือนเลนส์ สิ่งนี้สามารถนำไปสู่ภาพหลายภาพหรือบิดเบี้ยวของวัตถุ (ภาพหลายภาพทำให้เกิดแหวนและกางเขนของ Einstein )

ดังนั้นหากเราสังเกตเห็นผลกระทบของเลนส์ในพื้นที่ที่ไม่มีวัตถุขนาดใหญ่ที่มองเห็นได้อาจมีหลุมดำที่นั่น ทางเลือกคือเรากำลังเพ่งดูผ่าน 'รัศมี' สสารมืดที่ล้อมรอบ (และขยายเวลาผ่านไป) องค์ประกอบส่องสว่างของกาแลคซีและกาแลคซีทุกกลุ่ม ( ดู: Bullet Cluster ) ในเครื่องชั่งขนาดเล็ก (เช่น - พื้นที่ส่วนกลางของกาแลคซี) นี่ไม่ใช่ปัญหาจริงๆ

(นี่เป็นความประทับใจของศิลปินเกี่ยวกับกาแลคซีที่ผ่านหลัง BH)

คลื่นความโน้มถ่วง

การหมุนหลุมดำและระบบพลวัตอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับหลุมดำปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง โครงการเช่นLIGO (และในที่สุดLISA ) สามารถตรวจจับคลื่นเหล่านี้ได้ ผู้สมัครคนสำคัญคนหนึ่งที่น่าสนใจสำหรับ LIGO / VIRGO / LISA คือการชนกันครั้งสุดท้ายของระบบหลุมดำไบนารี

redshift

บางครั้งเรามีหลุมดำในระบบเลขฐานสองที่มีดาว ในกรณีเช่นนี้ดาวจะโคจรรอบ barycenter ทั่วไป

ถ้าเราสังเกตดาวอย่างรอบคอบแสงของมันจะเปลี่ยนเป็นสีแดงเมื่อมันเคลื่อนตัวออกจากเราและจะพรวดพราดเมื่อมันเข้าหาเรา การเปลี่ยนแปลงใน redshift เป็นการแนะนำการหมุนและในกรณีที่ไม่มีวัตถุตัวที่สองที่มองเห็นได้เรามักจะสรุปได้ว่ามีหลุมดำหรือดาวนิวตรอนที่นั่น

ข้อเสนอของ Salpeter-Zel'dovitch / Zel'dovitch-Novikov

เมื่อเข้าไปในประวัติศาสตร์ที่นี่ Salpeter และ Zel'dovitch เสนอว่าเราสามารถระบุหลุมดำจากคลื่นกระแทกในเมฆก๊าซ หากหลุมดำผ่านก้อนเมฆก๊าซก๊าซในเมฆจะถูกบังคับให้เร่งความเร็ว สิ่งนี้จะปล่อยรังสี (รังสีเอกซ์ส่วนใหญ่) ซึ่งเราสามารถวัดได้

การปรับปรุงในเรื่องนี้คือข้อเสนอของ Zel'dovitch-Novikov ซึ่งดูที่หลุมดำในระบบดาวคู่ที่มีดาว ลมสุริยะบางส่วนจากดาวฤกษ์จะถูกดูดเข้าไปในหลุมดำ การเร่งความเร็วที่ผิดปกติของลมจะนำไปสู่คลื่นกระแทก X-ray อีกครั้ง

วิธีการนี้ (มากกว่าหรือน้อยกว่า) นำไปสู่การค้นพบCyg X-1

ลูกข่างจักรวาล

Cyg Aเป็นตัวอย่างของสิ่งนี้ การหมุนรูดำทำตัวเหมือนลูกข่างจักรวาล - พวกมันไม่สามารถเปลี่ยนทิศทางได้ง่าย

ในภาพวิทยุของ Cyg A ต่อไปนี้เราเห็นไอพ่นก๊าซจาง ๆ เหล่านี้เล็ดลอดออกมาจากจุดศูนย์กลาง:

เครื่องบินไอพ่นเหล่านี้มีความยาวหลายแสนปีแสง - แต่มันก็ตรงมาก ไม่ต่อเนื่อง แต่ตรง วัตถุใดก็ตามที่อยู่ตรงกลางมันจะต้องสามารถรักษาทิศทางของมันไว้ได้นานมาก

วัตถุนั้นเป็นหลุมดำหมุน

ควาซาร์

ควาซาร์ส่วนใหญ่คิดว่าถูกขับเคลื่อนโดยหลุมดำ หลายคน (ถ้าไม่ทั้งหมด) ของผู้สมัครสำหรับคำอธิบายพฤติกรรมของพวกเขาเกี่ยวข้องกับหลุมดำที่มีเพิ่มดิสก์เช่นกระบวนการแบลนด์-Znajek

นอกจากนี้ยังสามารถตรวจจับหลุมดำได้ว่ามันก้มแสงอย่างไรเมื่อวัตถุต่าง ๆ เคลื่อนไปด้านหลัง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเลนส์ความโน้มถ่วงและเป็นคำทำนายที่สวยงามที่สุดในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์

ภาพนี้แสดงให้เห็นถึงเรขาคณิตของเลนส์ความโน้มถ่วง แสงจากวัตถุพื้นหลังที่ส่องสว่างมีการโค้งงอเนื่องจากการแปรปรวนของอวกาศ - เวลาต่อหน้ามวล (ที่นี่จุดสีแดงอาจเป็นหลุมดำที่สงสัย):

นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบการดำรงอยู่ของหลุมดำซุปเปอร์ขนาดใหญ่ที่เป็นศูนย์กลางของตัวเองมากกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราและได้รับการขนานนามราศีธนู A *

ในช่วงสิบปีที่ผ่านมามีการติดตามวิถีการโคจรของดาวกลุ่มเล็ก ๆ และคำอธิบายเดียวสำหรับการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วของพวกมันคือการมีวัตถุขนาดกะทัดรัดที่มีมวลประมาณ 4 ล้านดวงอาทิตย์ เมื่อพิจารณาจากมวลและระยะทางที่เกี่ยวข้องสรุปได้ว่ามันจะต้องเป็นหลุมดำ

วิธีหนึ่งคือการดังต่อไปนี้รังสีแกมมาระเบิด เมื่อหลุมดำกินก๊าซที่อยู่รอบ ๆ หรือกลืนดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เกินไปพวกมันมักจะปล่อยรังสีแกมม่าออกมาซึ่งมีพลังมากและง่ายต่อการสังเกต

ในกรณีของหลุมดำขนาดใหญ่สุดพวกมันดูเหมือนจะเป็นจุดศูนย์กลางของกาแลคซีขนาดกลางและขนาดใหญ่ทุกแห่ง ทำให้สถานที่ดูค่อนข้างง่าย

คำตอบทั้งหมด 4 ข้อที่ให้ไว้ก่อนหน้านี้ดีมากและสมบูรณ์ซึ่งกันและกัน การค้นหาวัตถุที่โคจรรอบวัตถุเป้าหมายของคุณช่วยให้คุณสามารถคำนวณมวลของวัตถุเป้าหมายของคุณได้

สสารที่ตกลงไปในหลุมดำนั้นจะถูกเร่งไปที่ความเร็วแสง เมื่อมีการเร่งความเร็วสสารจะแตกตัวเป็นอนุภาคย่อยและการแผ่รังสีอย่างหนักนั่นคือรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา มองไม่เห็นหลุมดำ แต่จะเห็นแสง (ส่วนใหญ่เป็นรังสีเอกซ์และรังสีแกมม่า) จากสสารที่ถูกเร่งและแตกออกเป็นอนุภาค

เมื่อมองไปที่ใจกลางกาแลคซีของเรากล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทราเอ็กซ์เรย์ได้ตรวจพบหลุมดำหลายแห่งนอกเหนือจาก Sgr A * โดยทางอ้อมโดยจับรังสีที่แข็งของสสารที่พุ่งพรวดขณะที่พวกมันกลืนอะไรบางอย่าง หลังจากนั้นหลุมดำก็มืดอีกครั้งหากไม่มีสิ่งใดที่จะดูดซึมบริเวณใกล้เคียงอีกต่อไป

http://chandra.harvard.edu/press/05_releases/press_011005.html

ที่นี่คุณสามารถเห็นบางส่วนของแสงวาบในหลุมดำใกล้ใจกลางกาแลคซีของเรา

วิธีการตรวจหาหลุมดำ (ซึ่งไม่ใช่หลุมหรือเอกฐานจริงๆเนื่องจากมีมวลรัศมีการหมุนประจุและความหนาแน่นที่แตกต่างกันไปตามรัศมีดูที่http://en.wikipedia.org/wiki/Schwarzschild_radius )

• ในการตรวจจับหลุมดำ (ดาวฤกษ์หรือมวลมหาศาล) อย่างเฉยเมยให้มอง / รอให้เกิดการแผ่รังสีคลื่นอย่างแรงซึ่งเกิดขึ้นเป็นระยะจากนั้นติดตามการสังเกตเพื่อดูว่าคุณจับ grb (รังสีแกมม่า) จากหลุมดำจริงหรือแค่สีขาว ดาวแคระหรือนิวตรอนทำโนวาเป็นระยะ

• เพื่อตรวจหาหลุมดำเพื่อหาเลนส์แรงโน้มถ่วงซึ่งเป็นเอฟเฟกต์ต่อเนื่องหรือดาวที่โคจรด้วยความเร็วสูงรอบจุดว่างที่ดูเหมือนว่างเปล่าในอวกาศเช่น S2 ที่ 5,000 + กม. / วินาทีรอบ Sgr A *

http://en.wikipedia.org/wiki/S2_(star)

แต่จะไม่มีอะไรเหลือให้ดูว่าเกิดจากอะไร ควรสังเกตบางจุดบนท้องฟ้าก่อนที่มันจะเกิดขึ้น