Τι πρέπει να έχει η μάζα μιας μαύρης τρύπας ώστε η μάζα της να είναι ίση με την πυκνότητα του νερού (1g / cm ^ 3);

Τι πρέπει να έχει η μάζα μιας μαύρης τρύπας ώστε η μάζα της να είναι ίση με την πυκνότητα του νερού (1g / cm ^ 3);
Anonim

Απάντηση:

# ~ 7 xx 10 ^ 21 # ηλιακές μάζες

Εξήγηση:

Στην απλούστερη περίπτωση, μια μαύρη τρύπα μπορεί να θεωρηθεί ως ένα καταρρεμμένο αστέρι όπου όλη η μάζα συγκεντρώνεται σε ένα ενιαίο σημείο στο διάστημα, την ιδιαιτερότητα. Επειδή είναι ένα σημείο, δεν υπάρχει τόμος. Η πυκνότητα της ιδιαιτερότητας είναι επομένως άπειρη ανεξάρτητα από τη μάζα.

# "πυκνότητα" = "μάζα" / "όγκος" = "μάζα" / 0 =

Τούτου λεχθέντος, οι μαύρες τρύπες έχουν ορίζοντα γεγονότων, το οποίο είναι το σημείο όπου το φως "αιχμαλωτίζεται" από τη μαύρη τρύπα.Εάν επεξεργαστούμε αυτόν τον ορίζοντα συμβάντος ως σφαιρικό όριο για τη μαύρη τρύπα, τότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον όγκο του για τον υπολογισμό της πυκνότητάς μας αντί για την ιδιαιτερότητα. Στην πραγματικότητα, υπολογίζουμε τη "μέση" πυκνότητα στον ορίζοντα συμβάντων. Η ακτίνα του ορίζοντα συμβάντος, που ονομάζεται ακτίνα Schwarzschild, μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας τα παρακάτω.

# R = (2MG) / c ^ 2 #

Οπου # M # είναι η μάζα της ιδιαιτερότητας, #ΣΟΛ# είναι ο συντελεστής βαρύτητας και #ντο# είναι η ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό. Ο όγκος του σφαιρικού ορίζοντα γεγονότος είναι συνεπώς.

# V = pi R ^ 2 = 4pi (MG) ^ 2 / c ^ 4 #

Ο τύπος πυκνότητας μας από τα παραπάνω είναι τώρα πολύ πιο ενδιαφέρον.

# rho = c ^ 4 / (4piMG ^ 2) #

Ή, με μια μικρή αναδιάταξη, # M = c ^ 4 / (4pi rho G ^ 2) #

Συνδέοντας τις σταθερές και την πυκνότητα του νερού, # rho = 1 "g / cm" ^ 2 #, μπορούμε να λύσουμε για τη μάζα μας.

(4x10 "cm / s" 2) (6,67 χχ 10 "-8" cm "3" / g / s "2) ^ 2) = 1,45 χχ 10 ^ 55g #

Με πιο ουσιαστικούς όρους, αυτό ισοδυναμεί με # ~ 7 xx 10 ^ 21 # ηλιακή μάζα, μέσα στην περιοχή των αστρικών μαύρων οπών. Θα ήθελα να επαναλάβω ότι αυτή είναι η μέση πυκνότητα μιας μαύρης τρύπας και δεν αντανακλά κατ 'ανάγκη την πραγματική κατανομή της ύλης στον ορίζοντα των γεγονότων. Μια τυπική επεξεργασία των μαύρων οπών τοποθετεί αποτελεσματικά όλη τη μάζα στην απεριόριστα πυκνή ιδιαιτερότητα.