PERKENALAN

Lubang hitam adalah objek yang benar-benar fantastis berdasarkan sifatnya. “Dari semua penemuan pikiran manusia, mulai dari unicorn dan chimera hingga bom hidrogen, mungkin yang paling fantastis adalah gambaran lubang hitam, dipisahkan dari ruang angkasa oleh batas tertentu, yang tidak dapat dilintasi oleh apa pun; sebuah lubang dengan medan gravitasi yang begitu kuat sehingga bahkan cahaya pun terperangkap dalam cengkeramannya; sebuah lubang yang membelokkan ruang dan memperlambat waktu. Seperti unicorn dan chimera, lubang hitam tampaknya lebih cocok untuk novel fantasi atau mitos kuno dibandingkan di alam semesta nyata. Namun, hukum fisika modern sebenarnya mengharuskan adanya lubang hitam. Mungkin hanya Galaksi kita yang menampungnya,” kata fisikawan Amerika K. Thorne tentang lubang hitam.

Perlu ditambahkan bahwa di dalam lubang hitam sifat-sifat ruang dan waktu berubah secara mengejutkan, berputar menjadi semacam corong, dan di kedalamannya terdapat batas di mana waktu dan ruang hancur menjadi kuanta... Di dalam lubang hitam lubang, di balik tepi jurang gravitasi yang aneh ini, yang tidak ada jalan keluarnya, proses fisik yang menakjubkan terjadi, hukum alam baru muncul.

Lubang hitam adalah sumber energi terbesar di alam semesta. Kita mungkin melihatnya di quasar jauh, di inti galaksi yang meledak. Mereka juga muncul setelah kematian bintang-bintang besar. Mungkin lubang hitam akan menjadi sumber energi bagi umat manusia di masa depan.

PEMBENTUKAN LUBANG HITAM. KERUGIAN GRAVITASI. RADIUS GRAVITASI

Para ilmuwan telah menentukan bahwa lubang hitam pasti muncul sebagai akibat dari kompresi massa tertentu yang sangat kuat, di mana medan gravitasi meningkat begitu kuat sehingga tidak melepaskan cahaya atau radiasi, sinyal, atau benda apa pun.

Pada tahun 1798, P. Laplace, mempelajari perambatan cahaya dalam medan gravitasi suatu benda yang massanya besar terkonsentrasi di dalam wilayah kecil ruang angkasa, sampai pada kesimpulan bahwa di alam mungkin terdapat benda-benda yang benar-benar hitam jika dilihat dari luar. pengamat. Medan gravitasi benda tersebut begitu besar sehingga tidak mengeluarkan sinar cahaya (dalam bahasa astronotika, ini berarti kecepatan kosmik kedua akan lebih besar dari kecepatan cahaya c). Untuk melakukan ini, massa benda M hanya perlu terkonsentrasi pada area dengan radius lebih kecil dari apa yang disebut radius gravitasi tubuh R g . Radius

R g =2GM/cІ1.5*10 -28 M, dengan G adalah konstanta gravitasi;

M-massa (diukur dalam gram),

R g - dalam sentimeter.

Kesimpulan Laplace didasarkan pada mekanika klasik dan teori gravitasi Newton.

Oleh karena itu, agar lubang hitam dapat muncul, massanya perlu dikompresi sedemikian rupa sehingga kecepatan kosmik kedua menjadi sama dengan kecepatan cahaya. Besaran ini disebut jari-jari gravitasi dan bergantung pada massa benda. Nilainya sangat kecil bahkan untuk massa benda langit. Jadi, jari-jari gravitasi Bumi kira-kira 1 cm, dan Matahari - 3 km.

Untuk mengatasi gravitasi dan keluar dari lubang hitam, diperlukan kecepatan lepas kedua, yang lebih besar dari kecepatan cahaya. Menurut teori relativitas, tidak ada benda yang bisa mencapai kecepatan lebih besar dari kecepatan cahaya. Itu sebabnya tidak ada yang bisa terbang keluar dari lubang hitam, tidak ada informasi yang bisa keluar. Setelah benda apa pun, zat atau radiasi apa pun jatuh di bawah pengaruh gravitasi ke dalam lubang hitam, pengamat tidak akan pernah tahu apa yang terjadi pada benda tersebut di masa depan. Di dekat lubang hitam, menurut para ilmuwan, sifat ruang dan waktu akan berubah secara dramatis.

Jika lubang hitam muncul sebagai akibat dari kompresi benda yang berputar, maka di dekat batasnya semua benda ikut serta dalam gerak rotasi di sekitarnya.

Para ilmuwan percaya bahwa lubang hitam mungkin muncul pada akhir evolusi bintang yang cukup masif. Setelah cadangan bahan bakar nuklirnya habis, bintang tersebut kehilangan stabilitas dan mulai berkontraksi dengan cepat di bawah pengaruh gravitasinya sendiri. Ada yang disebut keruntuhan gravitasi(proses kompresi di mana gaya gravitasi meningkat tak terkendali).

Yakni, menjelang akhir masa hidupnya, bintang kehilangan massanya akibat sejumlah proses: angin bintang, perpindahan massa dalam sistem biner, ledakan supernova, dll.; Namun, diketahui banyak sekali bintang yang massanya 10, 20, bahkan 50 kali Matahari. Tidak mungkin semua bintang ini akan menghilangkan massa “kelebihan” untuk memasuki batas yang ditentukan (2-3M). Menurut teori, jika sebuah bintang atau intinya dengan massa di atas batas tertentu mulai runtuh karena pengaruh gravitasinya sendiri, maka tidak ada yang bisa menghentikan keruntuhannya. Pada prinsipnya, materi bintang akan memampatkan tanpa batas waktu hingga menyusut hingga mencapai titik tertentu. Selama kompresi, gaya gravitasi di permukaan terus meningkat - akhirnya, tiba saatnya cahaya pun tidak dapat mengatasi penghalang gravitasi. Bintang menghilang: apa yang kita sebut LUBANG HITAM terbentuk.

Diciptakan oleh massa ini (dari sudut pandang relativitas umum), jika didistribusikan secara simetris secara bola, maka ia tidak akan bergerak (khususnya, ia tidak akan berputar, tetapi gerakan radial diperbolehkan), dan akan terletak seluruhnya di dalam bola ini. Diperkenalkan ke dalam penggunaan ilmiah oleh ilmuwan Jerman Karl Schwarzschild pada tahun 1916.

Jari-jari gravitasi sebanding dengan massa benda M dan setara r g = 2 G M / c 2 , (\displaystyle r_(g)=2GM/c^(2),) Di mana G- konstanta gravitasi, Dengan- kecepatan cahaya dalam ruang hampa. Ungkapan ini dapat ditulis ulang menjadi r g≈ 1,48 10 −25 cm ( M/ 1kg). Bagi ahli astrofisika, menulis adalah hal yang mudah r g ≈ 2,95 (M / M ⊙) (\displaystyle r_(g)\kira-kira 2(,)95(M/M_(\odot ))) km, dimana M ⊙ (\displaystyle M_(\odot ))- massa Matahari.

Jari-jari gravitasi benda-benda astrofisika biasa dapat diabaikan dibandingkan dengan ukuran sebenarnya: misalnya, untuk Bumi r g≈ 0,887cm, untuk Matahari r g≈ 2,95 km. Pengecualiannya adalah bintang neutron serta bintang bosonik dan kuark hipotetis. Misalnya, untuk bintang neutron pada umumnya, jari-jari Schwarzschild adalah sekitar 1/3 dari jari-jarinya sendiri. Hal ini menjadikan efek relativitas umum penting ketika mempelajari objek semacam itu. Jari-jari gravitasi suatu benda dengan massa alam semesta teramati kira-kira 10 miliar tahun cahaya.

Dengan bintang-bintang yang cukup masif (seperti yang ditunjukkan oleh perhitungan, dengan massa lebih dari dua atau tiga massa matahari), pada akhir evolusinya, suatu proses yang disebut keruntuhan gravitasi relativistik dapat terjadi: jika, setelah “bahan bakar” nuklirnya habis, bintang tersebut akan mengalami hal yang sama. tidak meledak dan tidak kehilangan massa, kemudian mengalami keruntuhan gravitasi relativistik, ia dapat menyusut hingga seukuran radius gravitasi. Selama keruntuhan gravitasi sebuah bintang menjadi sebuah bola, tidak ada radiasi atau partikel yang dapat lolos. Dari sudut pandang pengamat luar yang terletak jauh dari bintang, seiring dengan semakin dekatnya ukuran bintang rg (\displaystyle r_(g)) Waktu yang dimiliki partikel-partikel bintang memperlambat laju alirannya tanpa batas waktu. Oleh karena itu, bagi pengamat seperti itu, jari-jari bintang yang runtuh mendekati jari-jari gravitasi secara asimtotik, tidak pernah sama dengan jari-jari tersebut. Namun, ada kemungkinan untuk menunjukkan kapan pengamat eksternal tidak lagi melihat bintang tersebut dan tidak dapat menemukan informasi apa pun mengenai bintang tersebut. Jadi mulai saat ini, semua informasi yang terkandung di dalam bintang tersebut sebenarnya akan hilang ke pengamat luar.

Benda fisik yang mengalami keruntuhan gravitasi dan mencapai radius gravitasi disebut lubang hitam. Bola Radius r g bertepatan dengan cakrawala peristiwa lubang hitam yang tidak berotasi. Untuk lubang hitam yang berputar, cakrawala peristiwa berbentuk ellipsoid, dan jari-jari gravitasi memberikan perkiraan ukurannya. Radius Schwarzschild untuk lubang hitam supermasif di pusat Galaksi kita adalah sekitar 16 juta kilometer.

Jari-jari Schwarzschild suatu benda dengan satelit dalam banyak kasus dapat diukur dengan akurasi yang jauh lebih tinggi daripada massa benda tersebut. Fakta yang agak paradoks ini disebabkan oleh fakta bahwa ketika bergerak dari periode orbit satelit yang diukur T dan sumbu semimayor orbitnya A(jumlah ini dapat diukur dengan akurasi yang sangat tinggi) terhadap massa benda pusat M perlu untuk membagi parameter gravitasi benda μ = GM= 4π 2 A 3 /T 2 ke konstanta gravitasi G, yang dikenal dengan akurasi yang jauh lebih buruk (kira-kira 1 dalam 7000 pada tahun 2018) dibandingkan akurasi sebagian besar konstanta fundamental lainnya. Pada saat yang sama, jari-jari Schwarzschild sama dengan faktor 2/ Dengan 2, parameter gravitasi benda.

Jika ia didistribusikan secara simetris secara bola, maka ia tidak akan bergerak (khususnya, ia tidak akan berputar, tetapi gerakan radial diperbolehkan), dan akan terletak seluruhnya di dalam bola ini.

Jari-jari gravitasi sebanding dengan massa benda M dan sama dengan , dimana G- konstanta gravitasi, Dengan- kecepatan cahaya dalam ruang hampa. Ungkapan ini dapat ditulis sebagai, yang diukur dalam meter, dan - dalam kilogram. Untuk astrofisika, lebih mudah untuk menulis km, yang merupakan massa Matahari.

Besarnya, jari-jari gravitasi bertepatan dengan jari-jari benda simetris bola, yang dalam mekanika klasik kecepatan kosmik kedua di permukaan akan sama dengan kecepatan cahaya. John Michell pertama kali menarik perhatian pada pentingnya kuantitas ini dalam suratnya kepada Henry Cavendish, yang diterbitkan pada tahun 1784. Dalam kerangka teori relativitas umum, jari-jari gravitasi (dalam koordinat lain) pertama kali dihitung pada tahun 1916 oleh Karl Schwarzschild (lihat metrik Schwarzschild).

Jari-jari gravitasi benda astrofisika biasa dapat diabaikan dibandingkan dengan ukuran sebenarnya: misalnya Bumi = 0,884 cm, Matahari = 2,95 km. Pengecualiannya adalah bintang neutron serta bintang bosonik dan kuark hipotetis. Misalnya, untuk bintang neutron pada umumnya, jari-jari Schwarzschild adalah sekitar 1/3 dari jari-jarinya sendiri. Hal ini menjadikan efek relativitas umum penting ketika mempelajari objek semacam itu.

Jika suatu benda dikompresi hingga seukuran jari-jari gravitasi, maka tidak ada gaya yang dapat menghentikan kompresi lebih lanjut di bawah pengaruh gravitasi. Proses seperti itu, yang disebut keruntuhan gravitasi relativistik, dapat terjadi pada bintang-bintang yang cukup masif (seperti yang ditunjukkan oleh perhitungan, dengan massa lebih dari dua atau tiga massa matahari) pada akhir evolusinya: jika, setelah “bahan bakar” nuklirnya habis, maka bintang tidak meledak dan tidak kehilangan massa, kemudian menyusut hingga seukuran jari-jari gravitasi, ia akan mengalami keruntuhan gravitasi relativistik. Selama keruntuhan gravitasi, tidak ada radiasi atau partikel yang dapat lepas dari bawah radius bola. Dari sudut pandang pengamat eksternal yang terletak jauh dari bintang, ketika ukuran bintang mendekati waktu yang tepat bagi partikel-partikel bintang, laju alirannya melambat tanpa batas. Oleh karena itu, bagi pengamat seperti itu, jari-jari bintang yang runtuh mendekati jari-jari gravitasi secara asimtotik, tidak pernah menjadi lebih kecil darinya.

Benda fisik yang mengalami keruntuhan gravitasi, seperti benda yang jari-jarinya lebih kecil dari jari-jari gravitasinya, disebut lubang hitam. Bola Radius r g bertepatan dengan cakrawala peristiwa lubang hitam yang tidak berotasi. Untuk lubang hitam yang berputar, cakrawala peristiwa berbentuk ellipsoid, dan jari-jari gravitasi memberikan perkiraan ukurannya. Radius Schwarzschild untuk lubang hitam supermasif di pusat Galaksi adalah sekitar 16 juta kilometer. Jari-jari Schwarzschild dari sebuah bola yang berisi materi secara seragam dengan massa jenis sama dengan massa jenis kritis bertepatan dengan jari-jari Alam Semesta teramati [ tidak di sumbernya] .

literatur

• Misner C., Thorne K., Wheeler J. Gravitasi. - M.: Mir, 1977. - T.1-3.
• Shapiro S.L., Tjukolski S.A. Lubang hitam, katai putih, dan bintang neutron / Terjemahan. dari bahasa Inggris diedit oleh Ya.A.Smorodinsky. - M.: Mir, 1985. - T.1-2. - 656 detik.

Lihat juga

Tautan

Yayasan Wikimedia. 2010.

Lihat apa itu "Radius gravitasi" di kamus lain:

Dalam teori relativitas umum (lihat GRAVITASI), jari-jari bola, yang melawan gaya gravitasi yang diciptakan oleh massa bola m yang tidak berputar, yang seluruhnya terletak di dalam bola ini, cenderung tak terhingga. G. hal. (rg) ditentukan oleh massa benda: rg= 2Gm/c2 ... Ensiklopedia fisik

Dalam teori gravitasi, jari-jari rgr sebuah bola di mana gaya gravitasi yang diciptakan oleh massa m yang terletak di dalam bola tersebut cenderung tak terhingga; rgr = 2mG/c2, dengan G adalah konstanta gravitasi, c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa. Jari-jari gravitasi biasa... ... Kamus Ensiklopedis Besar

Dalam teori gravitasi, jari-jari rgr sebuah bola di mana gaya gravitasi yang diciptakan oleh massa m yang terletak di dalam bola tersebut cenderung tak terhingga; rgr=2mG/c2, dengan G adalah konstanta gravitasi, c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa. Jari-jari gravitasi biasa... ... kamus ensiklopedis

radius gravitasi- status gravitacinis spindulys T sritis fizika atitikmenys: engl. radius gravitasi vok. Jari-jari gravitasi, m rus. radius gravitasi, m pranc. gravitasi rayon, m … Terminal fisik

Dalam teori relativitas umum (lihat Gravitasi), jari-jari bola tempat gaya gravitasi yang diciptakan oleh massa m, yang seluruhnya terletak di dalam bola tersebut, cenderung tak terhingga. G.r. ditentukan oleh massa benda m dan sama dengan rg = 2G m/c2, dimana G... ... Ensiklopedia Besar Soviet

Dalam teori gravitasi, jari-jari rgr sebuah bola, di mana gaya gravitasi yang diciptakan oleh massa m yang terletak di dalam bola tersebut cenderung tak terhingga; rgr = 2mG/c2, dimana G gravitasi konstan, dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa. G.r. benda langit biasa tidaklah berarti... ... Ilmu pengetahuan Alam. kamus ensiklopedis

Jari-jari gravitasi- (lihat Gravitasi) radius penyusutan benda langit (biasanya bintang) akibat keruntuhan gravitasi. Jadi, Matahari berjarak 1,48 km, dan Bumi 0,443 cm... Awal mula ilmu pengetahuan alam modern

Lingkaran Istilah ini memiliki arti lain, lihat Radius (arti). Radius (lat. ... Wikipedia

Jari-jari gravitasi (atau jari-jari Schwarzschild) dalam Teori Relativitas Umum (GTR) adalah jari-jari karakteristik yang ditentukan untuk setiap benda fisik bermassa: ini adalah jari-jari bola tempat cakrawala peristiwa berada... ... Wikipedia

Jika ia didistribusikan secara simetris secara bola, maka ia tidak akan bergerak (khususnya, ia tidak akan berputar, tetapi gerakan radial diperbolehkan), dan akan terletak seluruhnya di dalam bola ini. Diperkenalkan ke dalam penggunaan ilmiah oleh seorang ilmuwan Jerman Karl Schwarzschild V 1916.

Besarnya

Jari-jari gravitasi sebanding dengan massa tubuh M dan setara r g = 2 G M / c 2 , (\displaystyle r_(g)=2GM/c^(2),) Di mana G - konstanta gravitasi , Dengan - kecepatan cahaya dalam ruang hampa. Ungkapan ini dapat ditulis ulang menjadi r g≈ 1,48 10 −25 cm · ( M / 1 kg) . Bagi ahli astrofisika, menulis adalah hal yang mudah r g ≈ 2,95 (M / M ⊙) (\displaystyle r_(g)\kira-kira 2(,)95(M/M_(\odot ))) km, Di mana M ⊙ (\displaystyle M_(\odot ))- massa Matahari.

Jari-jari gravitasi benda astrofisika biasa dapat diabaikan dibandingkan dengan ukuran sebenarnya: misalnya, misalnya Bumi r g ≈ 0,887 cm , Untuk Matahari r g≈ 2,95 km. Pengecualian adalah bintang neutron dan hipotetis bosonik Dan bintang kuark. Misalnya, untuk bintang neutron pada umumnya, jari-jari Schwarzschild adalah sekitar 1/3 dari jari-jarinya sendiri. Hal ini menjadikan efek relativitas umum penting ketika mempelajari objek semacam itu. Jari-jari gravitasi suatu benda bermassa alam semesta yang dapat diamati akan sama dengan sekitar 10 miliar tahun cahaya.

Dengan bintang-bintang yang cukup masif (seperti yang ditunjukkan oleh perhitungan, dengan massa lebih dari dua atau tiga massa matahari), pada akhir evolusinya, suatu proses yang disebut relativistik dapat terjadi. keruntuhan gravitasi: jika, setelah “bahan bakar” nuklirnya habis, sebuah bintang tidak meledak atau kehilangan massanya, kemudian, karena mengalami keruntuhan gravitasi relativistik, ia dapat menyusut hingga seukuran radius gravitasi. Selama keruntuhan gravitasi bintang menjadi bola rg (\displaystyle r_(g)) tidak ada radiasi, tidak ada partikel yang bisa keluar. Dari sudut pandang pengamat luar yang terletak jauh dari bintang, seiring dengan semakin dekatnya ukuran bintang rg (\displaystyle r_(g)) Waktu yang dimiliki partikel-partikel bintang memperlambat laju alirannya tanpa batas waktu. Oleh karena itu, bagi pengamat seperti itu, jari-jari bintang yang runtuh mendekati jari-jari gravitasi secara asimtotik, tidak pernah menjadi setara dengannya. Namun, ada kemungkinan untuk menunjukkan kapan pengamat eksternal tidak lagi melihat bintang tersebut dan tidak dapat menemukan informasi apa pun mengenai bintang tersebut. Jadi mulai saat ini, semua informasi yang terkandung di dalam bintang tersebut sebenarnya akan hilang ke pengamat luar.

Benda fisik yang mengalami keruntuhan gravitasi dan mencapai jari-jari gravitasi disebut lubang hitam. Bola Radius r g bertepatan dengan cakrawala peristiwa lubang hitam yang tidak berotasi. Untuk lubang hitam yang berputar, cakrawala peristiwa berbentuk elipsoid, dan jari-jari gravitasi memberikan perkiraan ukurannya. Jari-jari Schwarzschild untuk lubang hitam supermasif di tengah-tengah kita Galaksi sama dengan sekitar 16 juta kilometer.

Jari-jari Schwarzschild suatu benda dengan satelit dalam banyak kasus dapat diukur dengan akurasi yang jauh lebih tinggi daripada massa benda tersebut. Fakta yang agak paradoks ini disebabkan oleh fakta bahwa ketika bergerak dari periode orbit satelit yang diukur T dan sumbu semimayor orbitnya A(jumlah ini dapat diukur dengan akurasi yang sangat tinggi) terhadap massa benda pusat M perlu dibagi parameter gravitasi obyek μ = GM= 4π 2 A 3 /T 2 ke konstanta gravitasi G, yang dikenal dengan akurasi yang jauh lebih buruk (kira-kira 1 dalam 7000 pada tahun 2018) dibandingkan akurasi sebagian besar konstanta fundamental lainnya. Pada saat yang sama, jari-jari Schwarzschild sama dengan faktor 2/ Dengan 2, parameter gravitasi benda:

Dan kecepatan cahaya C saat ini, menurut definisi, adalah koefisien transisi yang benar-benar akurat, oleh karena itu kesalahan relatif dalam mengukur parameter gravitasi dan radius gravitasi adalah sama. Jadi, misalnya, jari-jari Matahari Schwarzschild yang disebutkan di atas adalah sama dengan