Esplosioni di buchi neri

Ero in giro per YouTube e ho osservato questo video prodotto in modo piacevole . In esso, quando descrive il comportamento di un buco nero con la massa di un nichel americano, il narratore dice: "I suoi 5 grammi di massa saranno convertiti in 450 terajoule di energia, il che porterà a un'esplosione circa tre volte più grande della bombe sganciate su Hiroshima e Nagasaki messe insieme ".

Di tutte le cose divertenti illustrate lì, quella era la cui finzione non capivo. I buchi neri esplodono dopo che hanno irradiato via tutta la loro massa? O l '"esplosione" verrebbe dal rapido ritmo con cui il buco nero consumerebbe la materia vicina?

Il googling che ho fatto finora non ha fornito una risposta ferma. Il più vicino a cui sono arrivato è dalla pagina di Wikipedia su Hawking Radiation , che afferma: "Per un buco nero di una massa solare, otteniamo un tempo di evaporazione di 2.098 × 10 ^ 67 anni, molto più lungo dell'era attuale dell'universo a 13,799 ± 0,021 x 10 ^ 9 anni. Ma per un buco nero di 10 ^ 11 kg, il tempo di evaporazione è di 2,666 miliardi di anni. Ecco perché alcuni astronomi sono alla ricerca di segni di esplosione di buchi neri primordiali. "

Alcuni altri siti web fanno riferimento all'ultima "esplosione" del buco nero supermassiccio della Via Lattea avvenuta circa 2 milioni di anni fa, ma è lo stesso meccanico menzionato nella pagina di Wikipedia? O il video di YouTube, del resto?

Grazie in anticipo. =)

black-hole explosion

— Musasabi
fonte

Giusto per essere chiari, l '"esplosione" del buco nero di Supermassive è qualcosa di diverso. Sono getti di energia dalla materia in caduta. Non è il vero buco nero che esplode, ma importa quando si sviluppa a spirale, diventa molto caldo e rilascia energia prima che cada all'interno del buco nero.

— userLTK

Bene, ecco perché pensavo che il video non si riferisse probabilmente a "attriti" o così del materiale consumato.

— musasabi,

Risposte:

Di cosa parla questo video è Hawking Radiation, come hai collegato. Hawking Radiation è un modo ipotetico proposto (per nulla verificato o provato) per un buco nero per irradiare la sua energia nello spazio. L'idea di base è che un buco nero non è altro che massa / energia compressa in un punto infinitesimale, che irradia la sua energia nello spazio nel tempo. Per i grandi buchi neri (come la massa solare o più grande), questo processo di radiazione è minuscolo e il tempo impiegato per perdere tutta l'energia del buco nero nello spazio (e quindi per far "evaporare" il buco nero) è estremamente lungo. Per i piccoli buchi neri, tuttavia, il tempo di irradiare tutta l'energia del buco nero è estremamente breve.

Puoi calcolare quanto tempo ci vorrà per far evaporare un buco nero di massa (e rilasciare tutta la sua massa / energia) con l'equazione $m$

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

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

Per , si ottiene $m = 5\:\mathrm{g}=0.005\:\mathrm{kg}$ . Ciò significa che in questo piccolo lasso di tempo, il buco nero irradierà tutta la sua massa / energia e evaporerà completamente. Ma l'output di tutta l'energia in 5 g di massa è un enorme output. Mettendo fuori 450 Terajoule di energia in $t_{\text{ev}} \simeq 4\times10^{-19}\:\mathrm{s}$ è fondamentalmente solo un'esplosione. È possibile determinare la produzione totale di energia dalla famosa equazione $10^{-19}\:\mathrm{s}$

E = m c^{2}

$E=mc^2$

Basta collegare e $m = 0.005\:\mathrm{kg}$ ed otterrete $c = 3\times 10^8\:\mathrm{m/s}$ $E=4.5\times 10^{14}\:\mathrm{J} = 450\:\mathrm{Terajoules}$

Quindi, in breve, calcoli ipotetici (nemmeno la teoria a questo punto) suggeriscono che un minuscolo buco nero con la massa di un nichel esploderà immediatamente in un'enorme quantità di energia. Se un tale buco nero possa formarsi o se una tale evaporazione potrebbe / potrebbe verificarsi è ancora molto dibattuto e alla fine sconosciuto a questo punto.

— zeffiro
fonte

Questa è stata una risposta brillantemente succinta e completa. Grazie! Inoltre, errore di battitura corretto. =)

— musasabi il

@musasabi In realtà, la radiazione di Hawking potrebbe non essere così ipotetica. Questo proprio in (francese) : un ricercatore di Technion in Israele è riuscito a produrre una versione "sonora" di un buco nero in un condensato di Bose-Einstein e ha mostrato onde che hanno agito come radiazione di Hawking e si sono comportate come previsto da tale, incluso esibire quantistica effetti.

— Iwillnotexist Idonotexist,

@IwillnotexistIdonotexist Questo è certamente un parallelo interessante. Mi chiedo se un buco nero "sonico" sia abbastanza vicino a un vero buco nero in modo tale che la "radiazione" osservata sia il risultato della stessa fisica. Interessante comunque. Grazie per la condivisione!

— Zefiro,

Per la cronaca, il tempo di evaporazione è una quantità statistica. È il valore atteso di un processo casuale. In linea di principio esiste una probabilità diversa da zero che un buco nero così piccolo possa vivere per miliardi di anni. Se un gran numero di loro venisse realizzato nell'universo primordiale, allora potremmo aspettarci statisticamente che ci saranno "esplosioni" in corso mentre finalmente smettono di vincere la lotteria di sopravvivenza. I tentativi di rilevare tali eventi non hanno avuto successo, per quanto ne sappia.

— zibadawa timmy,

-1

Nessun buco nero può esplodere, indipendentemente dalle dimensioni. Può irradiare energia al di fuori del suo orizzonte degli eventi, ma una corretta "esplosione" di energia dal buco nero stesso dovrebbe superare la velocità della luce, che attualmente non è possibile.

Inoltre, se un oggetto ha la massa di un nichel, non è un buco nero. Più specificamente, il suo orizzonte degli eventi è abbastanza piccolo da adattarsi alla propria area di superficie, il che è vero per tutti gli oggetti enormi che non sono buchi neri. In effetti, l'orizzonte degli eventi di qualcosa con la massa di un nichel è letteralmente incommensurabilmente piccolo (sebbene NON inesistente). I nichel (e altri oggetti di massa simile) non hanno abbastanza gravità per formare un buco nero. Ho il sospetto che forse stai confondendo "massa" con "dimensione" ...?

Tuttavia, se esistesse un processo che potrebbe trasformare la massa di un nichel nell'energia che incarna (per E = mc ^ 2), allora sì, sarebbe un'enorme quantità di energia. L'unico processo di questo tipo noto sarebbe quello di far interagire (toccare) un oggetto con metà della massa di un nichel con un oggetto antimateria con metà della massa di un nichel. La massa combinata dei 2 oggetti sommerebbe la massa del nichel e rilascerebbe la quantità appropriata di energia pura senza avanzi di massa.

— Malf
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Se esistono radiazioni Hawking, i buchi neri possono rilasciare energia, possono "esplodere". Sebbene non sia noto alcun meccanismo per formare un buco nero con la massa di un nichel, non vi è alcun motivo per cui un tale buco nero non possa esistere. Le fluttuazioni nello spazio-tempo nell'universo primordiale avrebbero potuto produrre piccoli buchi neri.

— James K,

"il suo orizzonte degli eventi è abbastanza piccolo da adattarsi alla sua stessa superficie" - dimmi, come viene definita la superficie di un buco nero?

— user253751

Avrei pensato che l'orizzonte degli eventi fosse la superficie del buco nero?

— Anomalia virtuale il

Nonostante il tempo impiegato per evaporare anche un buco nero di massa solare, mi sembra che non evaporerebbe in una materia lineare. Man mano che il buco nero diventasse meno massiccio, evaporerebbe più velocemente, fino a raggiungere un buco di dimensioni nichel, che evaporerebbe abbastanza velocemente da essere considerato un'esplosione.

— Howard Miller,

@JamesK "Mentre non esiste alcun meccanismo noto per formare un buco nero con la massa di un nichel ..." Bene, se i buchi neri evaporano, allora qualsiasi buco nero con una massa più grande di un nichel diventerà un intero nero con il massa di un nichel ad un certo punto :)

— Jason Goemaat,