SG.hu·2011. december 5.

Cygnus X-1: parányi méret, gigászi tömeg

A csillagászat egyik legérdekesebb objektumai a fekete lyukak. Ezek a rejtélyes és bizarr képződmények mindent magukba szívnak, még a fényt is, az általunk ismert fizika pedig nem képes pontosan leírni a benne zajló folyamatokat. A csillagászokat általában csak a fekete lyukak tömege és forgási sebessége érdekli, ezúttal azonban egészen pontos méréseket végeztek a Cygnus X-1 bináris rendszer kozmikus szörnyetegének paramétereiről, ami meglepő eredményeket hozott.

A legnehezebben talán egy objektum távolsága mérhető, enélkül azonban nem adhatunk pontos képet az égitest valós fizikájáról. A távolság mérésének egyik legalapvetőbb eszköze a "trigonometrikus-parallixis". Ez a módszer a csillagászati objektumok a Föld pályájának különböző pontjaiból történő észleléseit alkalmazza némi geometriával fűszerezve a távolság megállapításához.

Egy évszázaddal ezelőtt az optikai távcsövek felvállalták az összes közeli csillag távolságának feltérképezését a trigonometrikus-parallaxis alkalmazásával. A Cygnus X-1 a fekete lyuk mellett egy kék csillagot is magába foglal, utóbbi azonban túl messze van a parallaxis számára, hogy pontosan mérhető legyen a jelenlegi optikai megoldásokkal, ezért a csillagászok egy Föld-méretű rádiótávcső hálózathoz, az Észak-Amerikában található Very Long Baseline Array-hez (VLBA) fordultak. A 10 azonos rádiótávcsőből álló VLBA nevéhez számos fontos csillagászati felfedezés fűződik az elmúlt két évtizedből, jeleiket úgy kapcsolják össze, hogy az lehetővé teszi a csillagászok számára az égbolt rendkívüli pontosságú, milliívmásodperces feltérképezését. Ez olyan mintha képesek volnánk megpillantani egy, a kinyújtott kezünk mutató- és hüvelykujja között elhelyezkedő atommagot.

A Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ csillagászai Mark Reid vezetésével, valamint a kiváló rádió-látással felfegyverkezve egy éven át követték nyomon a Cygnus X-1 pozícióját, a sötét lyukat körülölelő akkréciós, vagy anyagbefogadási korong rádió kibocsátásából. Megmérték orbitális mozgását, a rendszer galaxison áthaladó pontos mozgását és a parallaxis következtében észlelt mozgását is, amiből megállapították, hogy alig valamivel több, mint 6060 fényévnyire (+/- 10%) található. Miután a távolság meghatározáson túlestünk, jöhetett a fekete lyuk rendszer lényegi tulajdonságainak tanulmányozása.

A bináris rendszer művészi ábrázolása
A San Diego Egyetem Jerome Orosz által vezetett csapata optikai és ultraibolya távcsövek adatait használta fel a fekete lyukat kísérő kék csillag orbitális sebességének megállapításához. Ebből, valamint a távolságból kiszámították, hogy a csillag tizenkilencszeres, a fekete lyuk pedig tizenötszörös Nap-tömeggel rendelkezik. Sokakat meglephet, hogy a tömegeket tekintve, ha nem is sokkal, de a csillag a kettős rendszer domináns eleme. A fekete lyuk gravitációs vonzása azonban az objektum kis sugara, ezáltal rendkívül magas sűrűsége miatt nagyon erős.

A rejtvény utolsó darabját Lijun Gou, ugyancsak a Harvard-Smithsonian munkatársa és kollégái tették a helyére különböző röntgen sugarú mérésekkel. A fekete lyuk körüli akkréciós korong röntgensugarú fényt bocsát ki, amit "lágy" spektrumnak neveznek, mivel alacsonyabb energiájú röntgensugarakból tevődik össze. Abban az állapotban, amiben ez az emisszió az uralkodó, a korong meglehetősen egyszerűen modellezhető, amiből megmérhető belső sugara. Innen nagyon egyszerű a képlet, ahol a korong véget ér, ott kezdődik a fekete lyuk.

Miután mind a tömegét, mind a sugarát sikerült megmérni, megállapították a fekete lyuk forgásának sebességét, ezzel pedig 47 évvel a felfedezése után elkészült a Cygnus X-1 fizikai leírása. A végeredmény mindenképpen megdöbbentőnek tűnik annak fényében, hogy egy teljesen általános fekete lyukról beszélünk. A tizenötszörös Nap-tömeghez ugyanis mindössze 44 kilométeres átmérő társul, ami némi jó indulattal egy aszteroida méretének felel meg. Egy ekkora tömeg egy ilyen parányi területre bezsúfolva gyakorlatilag felfoghatatlan egy Földön edződött ember számára, viszont pontosan ennek köszönheti a fekete lyuk páratlan gravitációs képességeit.

Kapcsolódó cikkek és linkek

Csillagképződéshez kötik a fekete lyukakat A Tejútrendszer középpontjában lévő fekete lyuk felfedezéséért járt a fizikai Nobel-díj Bolygók ezrei lehetnek a fekete lyukak körül Először készült fotó egy fekete lyukról Méretes fekete lyukat gyanítanak a Tejútrendszer közepén Ütközések táplálják a szupermasszív fekete lyukakat Ismét gravitációs hullámokat észleltek Fekete lyukat céloz meg teleszkópok egy csoportja

Hozzászólások

Jelentkezz be a hozzászóláshoz.

jo kis beszelgetes, igy tovabb...

A gravitációs energiának is van tömege? (itt pl. 15szörös naptömeg😊 És a plazmakilövellés, amit az itt mellékelt fotón is a középpontból kiindulva ábrázolnak, nem a fekete lyukból lökõdik ki? Na csak azért kérdezgetek, hátha írtok még valamit a fekete lyukakról és lesz újabb olvasnivalóm .. :-)

Ezek nem "ideális megoldások", hanem "megoldások". Az energia-impulzus tenzor nem idealizálja az anyagot, hanem teljesen leírja azokat a makroszkopikus tulajdonságait, amik befolyásolhatják a téridõ alakját.

Nem az összes gravitációs jelenség köthetõ anyaghoz, a gravitációs hullámok pl. a forrásuktól elszakadva terjednek tovább, vagy itt vannak barátaink a fekete-lyukak, amik anyagmentes téridõk. Az Einstein-egyenletek nemlineáris természete miatt a gravitációs mezõ önmagával is kölcsön tud hatni (mellesleg az erõs kölcsönhatás is ilyen).

Gondold végig mi megy végbe... te meg elõbb olvass utána hogy mi a téma, és utána gondold végig, olyan messze vagy tõle mint Makó Jeruzsálemtõl. Tipp: kezd guglizással az "interior Schwarzschild solution" kifejezésre.

Minden modellnek vannak korlátai, ez eléggé evidens, viszont nincs köze a témához. A sikeres modelleknek is vannak határterületei, ez is evidencia. Nyilván az általános relativitáselmélet esetén is érnek majd minket meglepetések. A különbség csak annyi, hogy én egy mûködõ elmélet alapján állítom amit állítok, te pedig ismeretek nélkül, minden alap nélkül ötletelsz.

Elég sokat elárul a gondolkozásmódodról hogy egy ködös mindenség elméletétõl várod a kérdés végleges tisztázását a csillagászati megfigyelések helyett...

Na ez a baj, hogy te az Einstein-egyenletek vákuummegoldásairól (meg néhány ideális anyag megoldásról) beszélsz. Tudod a valóságban vannak (reális) anyagok is és az összes eddig ismert gravitációs jelenség anyaghoz köthetõ. Még az eddig ki nem mutatott gravitációs hullámok is anyaghoz köthetõk, a fekete lyukak pedig pláne. Az egy másik kérdés, hogy az egyes vákuummegoldások ezekhez jó modellt szolgáltatnak, de ezek akkor is csak modellek amiknek vannak korlátai.

"Természetesen teljesen komolyan gondolom, hogy a valódi fekete-lyukakban nincs anyag. Ez a rendkívül sikeres általános relativitáselmélet jósolja meg, és a fekete-lyukak makroszkopikus tulajdonságait nagy valószínûséggel helyesen írja le." Igen és a rendkívül sikeres klasszikus statisztikus mechanika meg ultraibolya katasztrófát jósolt. Egy rendkívül sikeres elmélet egy jelzésértékû el nem tüntethetõ végtelennel.

"A végtelen nyomáshoz vezetõ út semmilyen egyszerûsítést nem tartalmaz, és végképp nem jön ide kvantummechanika."
Gondold végig mi megy végbe szubatomi szinten amikor ennyire összenyomod az anyagot és ezek után mond, hogy nincs ott semmilyen kvantumos hatás. Nagyon jól tudom, hogy ideális anyagokkal dolgoztok, ami viszont közelítés. Azt is tudom, hogy ezt kényszerûségbõl teszitek és ezt meg is értem. Azt viszont elvárom, hogy az így nyert eredményeket ennek megfelelõen kritikusan kezeld, mert az ált. rel.-nek nagyon komoly hiányossága van, önmagában a négy alapvetõ kölcsönhatásból csak eggyel foglalkozik! Ne felejtsd el, hogy van egy másik hasonlóan sikeres elmélet ami mind a négy kölcsönhatással foglalkozik és ennek a jóslata az, hogy nagy energiákon nem a gravitáció az ami dominál. Egy "végtelen nyomás" hatására összeomló csillagban pedig a folyamatok jellemzõen nagy energiákon mennek végbe.

Majd ha a mindenség elméletére hivatkozva mondod, hogy a fekete lyukban nincs anyag akkor elhiszem.

A gravitációs mezõnek van energiája, csak nem az energia-impulzus tenzor tartalmazza, ez ugyanis csak a téridõben lévõ anyagot jellemzi, ami vákuumban nincs. Tehát az Einstein-egyenletek vákuummegoldásai esetén az energia-impulzus tenzor nulla. Ilyenek a sík téridõ, a fekete-lyukak, és a gravitációs sugárzás térideje. Leírhatom neked még százszor, de talán jobb lenne ha utánanéznél, mert kezdesz fárasztó lenni.

Természetesen teljesen komolyan gondolom, hogy a valódi fekete-lyukakban nincs anyag. Ez a rendkívül sikeres általános relativitáselmélet jósolja meg, és a fekete-lyukak makroszkopikus tulajdonságait nagy valószínûséggel helyesen írja le. Legalább is eddig egymás után bizonyították be a megfigyelések az elmélet helyességét.

A végtelen nyomáshoz vezetõ út semmilyen egyszerûsítést nem tartalmaz, és végképp nem jön ide kvantummechanika. Ebbõl is jól látszik, hogy még nem is hallottál róla, de máris okoskodsz. Olvass utána a homogén gömb alakú égitestek belsõ téridejének.

javítom:
Ha a gravitációs mezõnek van energiája, akkor az energia-impulzus tenzorja nem nulla, lévén az elsõ tag benne az energiasûrûséget jelenti.

Ha a gravitációs mezõnek lenne energiája, akkor az energia-impulzus tenzorja nem lenne nulla, lévén az elsõ tag benne E/c^2.

Te is kiemelted, hogy ezek a megoldások vákuum megoldások. Azt ugye te se gondolod komolyan, hogy csak azért mert ezekben a modellekben nem szerepel anyag, a valódi fekete lyukakban sem lehet.

"Egyébként pedig egy bizonyos tömeg/átmérõ arány fölött az összeomló csillag belsõ nyomása végtelenné válik, és elkerülhetetlen az összeomlás, még azelõtt, hogy a fekete-lyuk létrejönne."
Ehhez a végtelen nyomáshoz vezetõ út elég sok egyszerûsítést tartalmaz. Például meg kellene kérdezni a kvantummechanikát, hogy mit szól ehhez az egész összeroskadáshoz. (Csak ugye nehezen értenek szót egymással.) Kitelik tõle, hogy õ is produkál egy szép nagy ellenkezõ elõjelû végtelent ami megállítja az összeroskadást. Mert ugye kb 100 évvel ezelõtt már láttunk olyat, hogy egy egyébként jól mûködõ egyenlet bizonyos határesetben végteleneket dobált, míg a kvantálás után szép és értelmezhetõ eredményeket jöttek ki.

Ez erre emlékeztetett: The Spanish Inquisition <#vigyor>

A modern fizikában az "anyag"-nak nincs általánosan elfogadott jelentése, hanem az egyes területek mást és mást értenek alatta. Az általános relativitáselméletben anyag az, aminek nullától különbözõ energia-impulzus tenzora van. Ez pl. igaz az atomos anyagra, elektromágneses mezõre, de nem igaz a gravitációs mezõre, pedig energiája annak is van.

Két fekete-lyuk vákuummegoldás létezik, a Schwarzschild-megoldás statikus és gömbszimmetrikus fekete-lyukat ír le, a Kerr-megoldás stacionárius és forgásszimmetrikus fekete-lyukat. Mindkettõ leírja az eseményhorizont mögötti tartományt is, megfelelõ koordinátarendszerrel a teljes téridejüket le lehet fedni.

Tegyük föl, hogy a Nap által létrehozott téridõ görbületet akarjuk leírni. Ehhez semmi szükségünk a Nap anyagára, elég a nap tömegének megfelelõ energiával számolni.
Ezt csak statikus gömbszimmetrikus esetben lehet megtenni a Birkhoff tételnek köszönhetõen, általános esetben nem. De már pl. forgásszimmetrikus esetben is az eseményhorizonton kívüli Kerr-vákuummegoldás különbözik a Tomimatsu-Sato megoldásoktól, melyek forgó égitestek külsõ téridejét írják le.

Egyébként pedig egy bizonyos tömeg/átmérõ arány fölött az összeomló csillag belsõ nyomása végtelenné válik, és elkerülhetetlen az összeomlás, még azelõtt, hogy a fekete-lyuk létrejönne. Tehát a fekete-lyuk belsejében biztosan nincs stabil égitest, de ez a fent említett fekete-lyuk modellekkel is ellenkezne, amikben a fekete-lyuk teljes téridejében vákuum van.

Három tényre hívnám fel a figyelmedet:
- Az a megoldás semmit! nem mond az eseményhorizont mögötti részrõl, tehát nem lehet belõle semmi következtetést levonni az eseményhorizont mögötti részrõl.
- A megoldás egy stacionárius állapotot ír le, nem mond semmit a fekete lyukak változásáról arról, hogy a hozzá közel kerülõ anyaggal mi is történik, mivé is alakul. Kizárólag azt adja meg, hogy milyen körülmények esetén beszélhetünk eseményhorizontról.
- A téridõ görbületet tényként kezeli és nem mond semmit a görbület okáról. Azt a téridõgörbületet okozhatja a horizonton belül lévõ megfelelõ anyagelrendezõdés is.

Igen mert elírtam, tömeg-energia ekvivalencia akart lenni. Ezt mixeltem össze véletlenül az anyag-hullám kettõs természettel. Az keverés tényleg hibás, hiszen az egyik egy állapot a másik pedig egy extenzív mennyiség. De ez nem nagyobb fogalomzavar, mint hogy az anyag energiává alakul.

Két tényre hívnám fel a figyelmedet:
- Az a megoldás semmit! nem mond az eseményhorizont mögötti részrõl, tehát nem lehet belõle semmi következtetést levonni az eseményhorizont mögötti részrõl.
- A megoldás egy stacionárius állapotot ír le, nem mond semmit a fekete lyukak változásáról arról, hogy a hozzá közel kerülõ anyaggal mi is történik, mivé is alakul. A téridõ görbületet tényként kezeli és nem mond semmit a görbület okáról. Kizárólag azt adja meg, hogy milyen körülmények szükségesek az eseményhorizont kialakulásához.
- Azt a téridõgörbületet okozhatja egy a horizonton belül lévõ megfelelõ anyagelrendezõdés is.

Tegyük föl, hogy a Nap által létrehozott téridõ görbületet akarjuk leírni. Ehhez semmi szükségünk a Nap anyagára, elég a nap tömegének megfelelõ energiával számolni. Az egyenletekben nem fog szerepelni semmilyen anyag, mégis ott van a Nap.

További bejegyzések a fórumban...