Niezwykłe efekty w pobliżu czarnych dziur

Czarna dziura: co to jest? Rozwiązanie sferycznie symetryczne (statyczne, Karl Schwarzschild 1916) Metryka: W przypadku czarnej dziury Schwarzschilda w odległości r=r g od środka znajduje się horyzont Czarna dziura: co to jest? Rozwiązanie sferycznie symetryczne (statyczne, Karl Schwarzschild 1916) Metryka: W przypadku czarnej dziury Schwarzschilda w odległości r=r g od środka znajduje się horyzont (Dla przykładu: promień grawitacyjny Ziemi ~ 1cm) Promień grawitacyjny:

Czarna dziura: horyzont Dla cząstek pod horyzontem, druga prędkość kosmiczna (prędkość ucieczki) > c Horyzont jest powierzchnią otaczającą centralną osobliwość czarnej dziury. Żaden obiekt, nawet foton nie jest w stanie wydostać się spod horyzontu

Horyzont a powierzchnia

Rozwiązanie Kerra gdzie Rozwiązanie osiowo-symetryczne (rotująca czarna dziura, Roy Kerr 1963): Czarna dziura opisana przez dwa parametry: masę M oraz moment pędu J

Rozwiązanie Kerra Czarna dziura opisana przez dwa parametry: masę M oraz moment pędu J

Rotująca czarna dziura: ergosfera Mechanizm Penrose'a: metoda wydobywania energii z czarnej dziury (zamienianie energii rotacji czarnej dziury na energie cząstek)

Promieniowanie Hawkinga Czy czarne dziury są wieczne? Wg klasycznej OTW tak. Efekt kwantowy, dziura promieniuje jak ciało doskonale czarne o temperaturze odwrotnie proporcjonalnej do masy T ~ M o /M K Bekenstein: prawa opisujące stan czarnych dziur, analogiczne do praw termodynamiki Entropia = powierzchnia czarnej dziury

Schwarzschild vs Kerr Rotująca czarna dziura jest mniejsza od statycznej!

Orbity w pobliżu czarnej dziury C z a r n a d z i u r a S c h w a r z s c h i l d a : M a r g i n a l n i e s t a b i l n a o r b i t a : 3 r g O r b i t a f o t o n o w a r = 1. 5 r g C z a r n a d z i u r a K e r r a : Z a k r z y w i e n i e t o r u f o t o n ó w w z a l e ż n o ś c i o d k i e r u n k u r u c h u ( e f e k t L e n s e - T h i r r i n g a c z y l i w l e c z e n i e i n e r c j a l n y c h u k ł a d ó w w s p ó ł r z ę d n y c h... ) Czarna dziura Schwarzschilda: Marginalnie stabilna orbita: 3r g Orbita fotonowa r=1.5r g Czarna dziura Kerra: Zakrzywienie toru fotonów w zależności od kierunku ruchu (efekt Lense-Thirringa czyli wleczenie inercjalnych układów współrzędnych...)

Czarna dziura w centrum Galaktyki Masa: 2.6± M o, promień ~ 120AU Sgr A*: silne źródło promieniowania radiowego

Czarna dziura w centrum Galaktyki Obserwacje ruchu gwiazd w okolicy: pomiar masy klasycznymi metodami astronomii układów podwójnych

Zakrzywienie czasoprzestrzeni

Teoria Newtona

Teoria Einsteina (rg=0.5m z odległości 25m)(rg=0.5m z odległości 25m)

Na orbicie wokół czarnej dziury Symulacja hipotetycznego układu poczwórnego, którego składnikiem jest czarna dziura

Na orbicie wokół czarnej dziury Orbita: 2 promienie Schwarzschilda (2r g )

Na orbicie wokół czarnej dziury

Spadek na czarną dziurę

Spadek z nieskończoności pod horyzont

Najlżejsza czarna dziura (3.8M o ) XTE J (niebo południowe, konst. Ołtarz) Pomiar masy poprzez częstość kwazi- periodycznych oscylacji Ograniczenie na maksymalną masę gwiazd neutronowych...

Średnio-masywna czarna dziura 40000M o w gromadzie kulistej Omega Centauri Analiza ruchu gwiazd w centrum: niewidoczne centrum przyciągania, czyli prawdopodobnie centralna czarna dziura... Potwierdzenie ciągłości rozkładu funkcji mas czarnych dziur, od mas gwiazdowych do supermasywnych ~ M o