Formación de calabozos de la estelar-masa

Las estrellas experimentan el derrumbamiento gravitacional cuando pueden resistir no más la presión de su propia gravedad. Esto ocurre generalmente cualquiera porque una estrella tiene demasiado poco " fuel" se fue para mantener su temperatura, o porque una estrella que habría sido estable recibe mucha materia adicional de una manera que no levante su temperatura de base. En cualquier el caso la temperatura de la estrella es no más arriba bastante evitar que se derrumbe bajo su propio peso (la ley de gas ideal explica la conexión entre la presión, la temperatura, y el volumen).

El derrumbamiento transforma la materia en la base de la estrella en un estado más denso que forme uno de los tipos de la estrella del acuerdo. Qué tipo de estrella compacta se forma depende de la masa del remanente - la materia dejada encima después de los cambios accionados por el derrumbamiento (tal como supernova o pulsaciones que llevan a una nebulosa planetaria ) ha arrancado las capas externas. Observar que esto puede ser substancialmente menos que la estrella original - los remanente que exceden 5 masas solares son producidos por las estrellas que estaban sobre 20 masas solares antes del derrumbamiento.

Solamente los remanente más grandes, ésos que exceden un límite particular (el límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff, no ser confundido con el límite de Chandrasekhar ), generan bastante presión para producir los calabozos, porque los calabozos son las declaraciones lo más radical posible transformadas sabidas a la física, y la fuerza que resiste este nivel de compresión, presión de la degeneración del neutrón, es extremadamente fuerte. Pero cualquier remanente que este tamaño nunca pueda parar el derrumbarse, y cuando su radio externo cae debajo de su radio de Schwarzschild, la transición al calabozo es completo.

El proceso del derrumbamiento para las estrellas que producen remanente este tamaño lanza la energía que produce generalmente una supernova, soplando las capas externas de la estrella en espacio de modo que formen una nebulosa espectacular (esta clase de nebulosa se llama un remanente de la supernova). Pero la supernova es un efecto secundario y no contribuye directo a producir el calabozo (o el otro tipo de estrella compacta). Por ejemplo se esperaba que algunas explosiones del rayo gama fueran seguidas por la evidencia de supernovas pero esta evidencia no apareció. Una explicación posible es que algunas estrellas muy grandes pueden formar los calabozos rápidamente bastante para tragar la onda de ráfaga de la supernova antes de que pueda alcanzar la superficie de la estrella.

Formación de calabozos más grandes

Formación de calabozos más pequeños

Todavía hay algunas maneras de las cuales calabozos más pequeños pudieron ser formados, o pudo haber formado en el pasado.

Evaporación de calabozos más grandes

Un más grande de los calabozos evapora . Si la masa inicial del agujero era masa estelar, el tiempo requerido para que pierda la mayor parte de su masa vía la evaporación Hawking es mucho más largo que la edad del universo, así que no se espera que los pequeños calabozos formen con este método todavía.

Big Bang

El Big Bang produjo la suficiente presión para formar calabozos más pequeños sin la necesidad cualquier cosa que se asemejaba a una estrella. No se ha detectado ningunos de estos calabozos primordiales presumidos .

Aceleradores de partícula

En principio, una colisión suficientemente enérgia dentro de un acelerador de partícula muy de gran alcance podía producir un calabozo micro . En la práctica, se espera que esto requiera las energías comparables a la energía, que de Planck está sumamente más allá de la capacidad de cualquier presente, prevista, o al acelerador de partícula futuro previsto para producir. Algunos modelos especulativos permiten la formación de calabozos en energías mucho más bajas. Esto permitiría la producción de calabozos extremadamente de breve duración en aceleradores de partícula terrestres. No se ha presentado ninguna evidencia de este tipo de producción del calabozo el en fecha 2007 .

Ver el calabozo micro el escaparse de un acelerador de partícula

Evaporación

Los mecánicos de Quantum dicen que incluso el vacío más puro no es totalmente vacío pero son en lugar de otro un " sea" de la energía (conocida como energía Zero-point ) que tiene fluctuaciones onduladas . No podemos observar este " sea" de la energía directo porque no hay nivel de una energía más baja con el cual podemos compararlo. El principio de incertidumbre de Heisenberg dicta que es imposible saber el valor exacto de los pairings masa-energía y de la posición. Las fluctuaciones en pares de este producto del mar de partículas en cuál se hace de materia normal y de la otra son la antipartícula correspondiente (la relatividad especial prueba la equivalencia masa-energía, es decir esa masa se puede convertir en la energía y el viceversa ). Cada uno pronto resolvería normalmente otro caso de su antipartícula y los dos serían convertidos total en la energía, restableciendo el equilibrio total de la materia-energía mientras que era antes de que el par de partículas fuera creado. La teoría Hawking de la radiación sugiere que, si tal par de partículas se crea apenas fuera del horizonte de acontecimiento de un calabozo, una de las dos partículas puede caer en el calabozo mientras que la otra se escapa, porque las dos partículas se mueven en direcciones levemente diversas después de su creación. Desde el punto de vista de un observador exterior, el calabozo acaba de emitir una partícula y por lo tanto el calabozo ha perdido una cantidad minuciosa de su Massachusetts.

Si la teoría Hawking de la radiación está correcta, sólo los calabozos muy más pequeños son probables evaporarse de esta manera. Por ejemplo un calabozo con la masa de nuestra luna ganaría tanta energía (y por lo tanto formar - la equivalencia masa-energía otra vez) de la radiación de fondo cósmica de la microonda como emite Hawking la radiación, y calabozos más grandes ganarán más energía (y la masa) que ellos emiten. Para poner esto en perspectiva, el calabozo más pequeño que se puede crear naturalmente actualmente es cerca de 5 por la masa de nuestro sol, de los calabozos tan la mayoría tiene masa mucho mayor que nuestra luna.

La radiación de fondo cósmica de la microonda llega a ser en un cierto plazo más débil. Será eventual bastante débil de modo que más radiación Hawking sea emitida que la energía de la radiación de fondo que es absorbida por el calabozo. Con este proceso, incluso los calabozos más grandes se evaporarán eventual. Sin embargo, este proceso puede tardar casi los años de Googol un para terminar.

Técnicas para encontrar los calabozos

Discos del aumento y jets de gas

Por una parte, los discos del aumento y los jets de gas extremadamente grandes pueden ser buena evidencia de la presencia de los calabozos de Supermassive porque por lo que sabemos cualquier bastante grande total para accionar estos fenómenos deben ser un calabozo. clear=" del

Emisiones fuertes de la radiación

Pero las emisiones fuertes, irregulares de los rayos gama de las radiografías y la otra radiación electromágnetica pueden ayudar a probar que un objeto masivo, ultra-denso es el no al calabozo, de modo que " hunters" del calabozo; puede moverse encendido a un cierto otro objeto. Las estrellas de neutrón y otras estrellas muy densas tienen superficies, y la materia que choca con la superficie en un alto porcentaje de la velocidad de la luz producirá llamaradas intensas de la radiación en los intervalos irregulares. Los calabozos no tienen ninguna superficie material, así que la ausencia de llamaradas del irregular alrededor de un objeto masivo, ultra-denso sugiere que haya una buena ocasión de encontrar un calabozo allí.

Las explosiones intensas pero de una sola vez (GRBs) del rayo gama pueden señalar el nacimiento del " new" los calabozos, porque los astrofísicos piensan que GRBs es causado por el derrumbamiento gravitacional de estrellas gigantes o por colisiones entre las estrellas de neutrón, y ambos tipos de acontecimiento implican la suficientes masa y presión de producir los calabozos. Pero aparece que una colisión entre una estrella de neutrón y un calabozo puede también causar un GRB, así que un GRB no es la prueba que un " new" se ha formado el calabozo. Todo el GRBs conocido viene de exterior nuestra propia galaxia, y viene más de mil millones de los años ligeros lejos así que los calabozos asociados a ellos son realmente mil millones de años.

Algunos astrofísicos creen que algunas fuentes de la radiografía de Ultraluminous pueden ser los discos del aumento de los calabozos de la Intermedio-masa

Los cuasares probablemente son causados por los discos del aumento de los calabozos de Supermassive puesto que sabemos nada que es bastante de gran alcance producir tales emisiones fuertes. Mientras que las radiografías y los rayos gama tienen frecuencias mucho más altas y longitudes de onda más cortas que la luz visible, los cuasares irradian principalmente las ondas de radio, que tienen frecuencias más bajas y longitudes de onda más largas que luz visible.

El lensing gravitacional

Se forma una lente gravitacional cuando la luz de una fuente muy distante, brillante (tal como un cuasar ) es " bent" alrededor de un objeto masivo (tal como un calabozo) entre el objeto de la fuente y el observador. El proceso se conoce como lensing gravitacional, y es una de las predicciones teoría general de s de Albert Einstein de 'de la relatividad . Según esta teoría, " total ; warps" Espacio-tiempo para crear los campos gravitacionales y por lo tanto para doblar el ligero consecuentemente.

Una imagen de fuente detrás de la lente puede aparecer como imágenes múltiples al observador. En caso de que la fuente, el objeto lensing masivo, y la mentira del observador en una línea recta, la fuente aparezcan como anillo detrás del objeto masivo.

El lensing gravitacional se puede causar por los objetos con excepción de los calabozos, porque cualquier campo gravitacional muy fuerte doblará rayos ligeros. Algunos de estos efectos de la múltiple-imagen son producidos probablemente por las galaxias distantes.

Calabozos posibles orbiting de los objetos

Desafortunadamente, desde la época Johannes Kepler, astrónomos han tenido que ocuparse de las complicaciones de la astronomía verdadera:
Las órbitas astronómicas son el elíptico. Esto complica el cálculo de la fuerza centrífuga, de la atracción gravitacional, y del radio máximo del organismo central. Pero Kepler podría dirigir esto sin la necesidad de una computadora.
Los períodos orbitales en este tipo de situación son varios años, así que el valor de varios años de observaciones es necesario determinar la órbita real exactamente. El " posiblemente un hole" negro; los indicadores (discos del aumento, jets de gas, emisiones de la radiación, etc.) ayudan al " hunters" del calabozo; para decidir qué órbitas valen el observar por tales largos periodos.
Si hay otros cuerpos grandes dentro de algunos años ligeros, sus campos de gravedad quieren el perturban la órbita. El ajuste de los cálculos para filtrar hacia fuera los efectos de la perturbación puede ser difícil, pero utilizan a los astrónomos a hacerlo.

Candidatos del calabozo

Aunque los calabozos no se puedan detectar directo, muchos estudios de observación han proporcionado la evidencia substancial para los calabozos. Los calabozos se pueden dividir en tres clases de objetos:
Los calabozos de la masa estelar tienen masas que sean equivalentes a las masas de las estrellas individuales (4– 15 veces la masa de nuestro Sun).
el calabozo de la Intermedio-masa tiene masas que sean unas centenas a unos miles veces la masa del Sun .
Los calabozos de Supermassive tienen masas el extenderse en de la orden de 10⁵ a las épocas 10¹⁰ la masa del Sun.

Otros detalles se dan abajo.

Calabozos de Supermassive en los centros de galaxias

Según la sociedad astronómica americana, cada galaxia grande tiene un calabozo supermassive en su centro. La masa del calabozo es proporcional a la masa de la galaxia del anfitrión, sugiriendo que los dos están ligados muy de cerca. El Hubble y los telescopios terrestres en Hawaii fueron utilizados en un examen grande de galaxias.

Por décadas, los astrónomos han utilizado el " del término; " activo de la galaxia ; para describir galaxias con características inusuales, tales como línea espectral emisión de y emisión muy fuerte inusual de la radio . Sin embargo, los estudios teóricos y de observación han demostrado que los núcleos galácticos activos (AGN) en estas galaxias pueden contener los calabozos de Supermassive. consolidó la caja para un calabozo, demostrando que la masa del objeto central es masas solares de los cerca de 3.7M y su radio no más de 6.

calabozos de la Intermedio-masa en racimos globulares

En noviembre de 2004 un equipo de astrónomos divulgó el descubrimiento del primer calabozo bien-confirmado de la Intermedio-masa en nuestra galaxia, moviendo en órbita alrededor de tres años luz del sagitario A*.300 masas solares está dentro de un racimo de siete estrellas, posiblemente el remanente de un racimo de estrella masivo que ha sido pelado abajo por el centro galáctico. Esta observación puede agregar la ayuda a la idea que los calabozos supermassive crecen absorbiendo cerca calabozos y estrellas más pequeños.

En enero de 2007, los investigadores en la universidad de Southampton en el Reino Unido divulgaron encontrar un calabozo, posiblemente de cerca de 400 masas solares, en un racimo globular asociado a una galaxia nombrada NGC 4472, unos 55 millones de años luz ausentes.

calabozos de la Estelar-masa en la manera lechosa

Nuestra galaxia de la manera lechosa contiene varios calabozos de la Estelar-masa probable que estén más cercano a nosotros que el calabozo supermassive en la región de A* del sagitario. Estos candidatos son todos los miembros de los sistemas binarios de la radiografía en los cuales el objeto más denso extrae la materia de su socio vía un disco del aumento. Los calabozos probables en gama de estos pares a partir del tres más que las masas solares de los docena la estelar-masa más distante que el calabozo observado nunca es un miembro de un sistema binario localizaron en la galaxia más sucia 33 .

Calabozos micro

Actúan como los calabozos debido a la correspondencia entre la teoría de la fuerza nuclear fuerte, que no tiene nada hacer con gravedad, y la teoría de quántum de la gravedad. Son similar porque ambos son descritos por teoría de la secuencia. Tan la formación y la desintegración de una bola de fuego en plasma del gluon del quark se pueden interpretar en lengua del calabozo. La bola de fuego en RHIC es un fenómeno que es de cerca análogo a un calabozo, y muchas de sus características físicas se pueden predecir correctamente usar esta analogía. La bola de fuego, sin embargo, no es un objeto gravitacional.

¡ Descubrimientos recientes En febrero de 2005, un azul SDSS J090745.0+24507 de la estrella del gigante fue encontrado para dejar al la manera lechosa en dos veces la velocidad de escape (0.0022 de la velocidad de la luz), siendo catapultado fuera de la base galáctica a la cual su trayectoria se puede rastrear. La alta velocidad de esta estrella apoya la hipótesis de un calabozo estupendo-masivo en el centro de la galaxia. -->

Historia del concepto del calabozo

Teorías neutonianas (antes de Einstein)

Esto asume que la luz es influenciada por la gravedad in the same way as objetos masivos.

En 1796, el Pedro-Simon Laplace del matemático promovió la misma idea en las primeras y segundas ediciones de su exposición du système du Monde (del del libro fue quitado de ediciones posteriores).

La idea de calabozos fue no hecha caso en gran parte en el siglo XIX, puesto que la luz era entonces probablemente una onda sin masa y por lo tanto no influenciado por la gravedad. Desemejante de un calabozo moderno, el objeto detrás del horizonte se asume para ser estable contra derrumbamiento.

Teorías basadas en la relatividad general de Einstein

En 1930, el Subrahmanyan Chandrasekhar del astrofísico sostuvo que, según la relatividad especial, un cuerpo no-giratorio sobre 1.44 masas solares (el límite de Chandrasekhar ), se derrumbaría puesto que no había nada sabido en aquel momento podría pararlo de hacer tan. Sus discusiones fueron opuestas por el Arturo Eddington, que creyó que algo pararía inevitable el derrumbamiento. Eddington en parte correcto: un enano blanco levemente más masivo que el límite de Chandrasekhar se derrumbará en una estrella de neutrón . Pero en 1939, el Robert Oppenheimer publicó los papeles (con los varios co-autores) que predijeron que las estrellas sobre cerca de tres masas solares (el límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff) se derrumbarían en los calabozos por las razones presentadas por Chandrasekhar.

Oppenheimer y sus co-autores utilizaron el sistema de coordenadas de Schwarzschild (los únicos coordenadas disponibles en 1939), que produjeron las singularidades matemáticas en el radio de Schwarzschild, es decir las ecuaciones analizadas en el radio de Schwarzschild porque algunos de los términos eran el infinito. Esto fue interpretada como indicando que el radio de Schwarzschild era el límite de un " bubble" en qué " del tiempo; stopped". Por algunos años las estrellas derrumbadas eran conocidas como " stars" congelado; porque los cálculos indicaron que un observador exterior vería la superficie de la estrella congelada a tiempo en instante donde su derrumbamiento la toma dentro del radio de Schwarzschild. Pero muchos físicos no podrían aceptar la idea del tiempo todavía que se colocaba dentro del radio de Schwarzschild, y había poco interés en el tema por más de 20 años.

El 1958 David Finkelstein adaptó el callejón sin salida sobre " time" parado; e introducido el concepto del horizonte de acontecimiento presentando el Eddington-Finkelstein coordina, que le permitió demostrar ese " El Schwarzschild superficial r los = 2m no es una singularidad sino actúa como membrana unidireccional perfecta: las influencias causales pueden cruzarlo pero solamente en un direction". Observar que en esta etapa todas las teorías, incluyendo Finkelstein, cubrió solamente la no-rotación, calabozos uncharged.

En el 1963 Roy que Kerr amplió el análisis de Finkelstein presentando al Kerr métrico (coordenadas) y demostrando cómo éste permitió predecir las características que giraban los calabozos además de su interés teórico, el trabajo de Kerr hizo los calabozos más verosímiles para los astrónomos, puesto que los calabozos se forman de las estrellas y todas las estrellas sabidas giran.

En 1967 astrónomos los pulsares descubiertos, y dentro de algunos años podrían demostrar que los pulsares sabidos giraban rápido las estrellas de neutrón hasta ese tiempo, las estrellas de neutrón también fueron mirados como apenas curiosidades teóricas. El descubrimiento de pulsares despertó tan interés en todos los tipos de objetos ultra-densos que se pudieron formar por derrumbamiento gravitacional.

En diciembre de 1967 el policía motorizado teórico de Juan del físico acuñó el " de la expresión; hole" negro; en su de la conferencia pública nuestro universo: sabido y desconocido, y la esta frase misteriosa, levemente amenazadora atrajo más atención que el " estático-que sonaba; star" congelado;. La frase fue acuñada probablemente con el conocimiento del calabozo del incidente de Calcutta de 1756 en el cual el ud-Daulah de Siraj trabaron a 146 europeos encima durante la noche adentro de la celda de castigo de cuarteles en la fortaleza Guillermo, y todos sino 23 fallecieron.

En 1970, el Stephen Hawking y el Rogelio Penrose probaron que los calabozos son una característica de todas las soluciones a las ecuaciones de Einstein de la gravedad, no apenas de Schwarzschild, y por lo tanto los calabozos no se pueden evitar en algunos objetos que se derrumban.

Calabozos y tierra

Calabozo que vaga a través de nuestra Sistema Solar

Sin embargo, muchas colisiones de la partícula que ocurren naturalmente pues los rayos cósmicos que golpeó el borde de nuestra atmósfera son a menudo lejos más enérgios que cuaesquiera colisiones creadas por el hombre. Si los calabozos micro se pueden crear por los aceleradores de partícula actuales o next-generation, han sido creados probablemente por los rayos cósmicos diarios a través la mayor parte de la historia de la tierra, es decir para los mil millones de años, evidentemente sin efectos de tierra-destrucción.

Si dos protones en el Collider grande del Hadron podrían combinarse para crear un calabozo micro, este calabozo sería inestable, y evaporaría debido a la radiación Hawking antes de él tenía una ocasión de propagar. Para 14 un calabozo de TeV (la energía centro de masa en el Collider grande del Hadron), la fórmula Hawking de la radiación indica que se evaporaría en los segundos 10^-100.

la CERN condujo un estudio que determinaba el riesgo de producir objetos peligrosos tales como calabozos en el Collider grande del Hadron, y concluyó que hay " ninguna base para cualquie threat." concebible;

Modelos alternativos

considera también: El calabozo no singular modela el

Se han propuesto varios modelos alternativos, que se comportan como un calabozo pero evitan la singularidad. Sin embargo, la mayoría de los investigadores juzgan estos conceptos artificiales, pues son más complicados pero no dan a próximo trimestre diferencias observables de los calabozos (véase la maquinilla de afeitar de Occam). La teoría alternativa más prominente es el Gravastar .

En marzo de 2005, el George Chapline del físico en el laboratorio nacional de Lorenzo Livermore en el California propuso que no existan los calabozos, y que los calabozos de los objetos probablemente son actual realmente las estrellas de la Oscuro-energía él extraen esta conclusión de algunos análisis mecánicos del quántum. Aunque su oferta haga actual que poco apoye en la comunidad de la física, fue divulgada extensamente por los medios. Una teoría similar sobre la no existencia de calabozos fue desarrollada más adelante por un grupo de físicos en la universidad occidental de la reserva del caso en junio de 2007.

Entre suplente los modelos son los objetos eterno que se derrumban magnetoesféricos, racimos de name=" de la referencia de las partículas elementales ; Maoz 1998" > (e., el bosón stars el ref> de ), bolas uno mismo-que gravitan, ref> pesado degenerado del fermio de los neutrinos e incluso racimos de calabozos muy bajos de la masa (masa solar ~0. Esto es notable similar a la segunda ley de la termodinámica, con el área desempeñando el papel de la entropía . Mientras que un objeto clásico con la temperatura cero él fue asumido que los calabozos tenían entropía cero; si la segunda ley de la termodinámica sería violada tan por un material entropía-cargado que incorpora el calabozo, dando por resultado una disminución de la entropía total del universo. Por lo tanto, el Jacob Bekenstein propuso que un calabozo tuviera una entropía, y que debe ser proporcional a su área del horizonte. Puesto que los calabozos clásico no emiten la radiación, el punto de vista termodinámico parecía simplemente una analogía, puesto que la temperatura cero implica cambios infinitos en entropía con cualquier adición de calor, que implica entropía infinita. Sin embargo, en 1974, la teoría de campo aplicada Hawking de Quantum al espacio-tiempo curvado alrededor del horizonte de acontecimiento y descubierto que los calabozos emiten la radiación Hawking, una forma de la radiación termal, aliada a Unruh el efecto, que lo implicó tenía una temperatura positiva. Esto consolidó la analogía que era dibujada entre la dinámica del calabozo y la termodinámica: usar la primera ley de los mecánicos del calabozo, sigue que la entropía de un calabozo no-giratorio es un cuarto del área del horizonte. Esto es un resultado universal y se puede extender para aplicarse a los horizontes cosmológicos por ejemplo en el espacio de De Sitter. Fue sugerido más adelante que los calabozos son objetos de la máximo-entropía, significando que la entropía posible máxima de una región de espacio es la entropía del calabozo más grande que puede caber en ella. Esto llevó al principio olográfico .

La radiación Hawking refleja una temperatura característica del calabozo, que se puede calcular de su entropía. Cuanto más su baja la temperatura, más masivo un calabozo llega a ser: cuanto más energía que un calabozo absorbe, se enfría. Un calabozo con la masa del Mercury del planeta tendría áspero una temperatura en equilibrio con la radiación cósmica del fondo de la microonda (cerca de 2. Más masivo que esto, un calabozo será más frío que la radiación de fondo, y ganará energía del fondo más rápidamente que da energía para arriba con la radiación Hawking, todavía llegando a ser incluso más fría. Sin embargo, porque un calabozo menos masivo el efecto implica que la masa del calabozo se evaporará lentamente con tiempo, con el calabozo llegando a ser más caliente y más caliente como lo hace tan. Aunque estos efectos sean insignificantes para los calabozos bastante masivos haber sido formados astronómico, llegaron a ser rápido significativos para calabozos más pequeños hipotético, donde los efectos quántum-mecánicos dominan. De hecho, los pequeños calabozos se predicen para experimentar la evaporación del fugitivo y para desaparecer eventual en una explosión de la radiación. Aunque la relatividad general se pueda utilizar para realizar un cálculo semiclásico de la entropía del calabozo, esta situación es teóricamente unsatisfying. En los mecánicos estadísticos, la entropía se entiende como cuenta del número de configuraciones microscópicas de un sistema que tengan las mismas calidades macroscópicas (tales como masa, carga, presión, etc. Pero sin una teoría satisfactoria de la gravedad de Quantum, uno no puede realizar tal cómputo para los calabozos. Una cierta promesa ha sido demostrada por la teoría de la secuencia, sin embargo. Allí uno postula que los grados de libertad microscópicos del calabozo son D-branes contando los estados de D-branes con las cargas dadas y energía, la entropía para cierto Supersymmetric que se han reproducido los calabozos. Ampliar la región de validez de estos cálculos es un campo de investigación en curso.

Unitarity del calabozo

Los calabozos, sin embargo, pudieron violar esta regla. La posición bajo relatividad general clásica es sutil pero directa: debido a el clásico ningún teorema del pelo, podemos nunca determinar qué entró el calabozo. Sin embargo, según lo considerado del exterior, la información nunca se destruye realmente, pues la materia que cae en el calabozo tarda un tiempo infinito para alcanzar el horizonte de acontecimiento.

Las ideas sobre la gravedad de quántum, por una parte, sugieren que pueda solamente haber una entropía finita limitada (es decir una cantidad de la información finita máxima) asociada al espacio cerca del horizonte; pero el cambio en la entropía del horizonte más la entropía de la radiación Hawking es siempre suficiente tomar toda la entropía de la materia y la energía que baja en el calabozo.

Muchos físicos se refieren sin embargo que éste todavía no está suficientemente bien entendido. Particularmente, en un nivel de quántum, está el estado de quántum de la radiación Hawking determinada únicamente por la historia de qué ha caído en el calabozo; ¿y la historia de qué ha caído en el calabozo es determinada únicamente por el estado de quántum del calabozo y de la radiación? Éste es lo que requeriría el determinismo, y unitarity.

El Stephen Hawking se había opuesto durante mucho tiempo a tales ideas, sosteniendo a su posición de la original 1975 que la radiación Hawking es enteramente termal y por lo tanto enteramente al azar, no conteniendo ninguna de la información llevada a cabo en material el agujero ha tragado en el pasado; esta información que él razonó había sido perdida. Sin embargo, en el 2004 del 21 de julio él presentó una nueva discusión, invirtiendo su posición anterior. En este nuevo cálculo, la entropía (y por lo tanto la información) asociadas a los escapes en la radiación Hawking sí mismo del calabozo, aunque tenga sentido de él, incluso en principio, es todavía difíciles hasta que el calabozo termine su evaporación; es hasta entonces imposible relacionarse de una manera del 1:1 la información en la radiación Hawking (incorporada a sus correlaciones internas detalladas) con el estado inicial del sistema. Una vez que el calabozo se evapora totalmente, después tal identificación puede ser hecha, y se preserva el unitarity.

Para el momento en que el Hawking terminara su cálculo, estaba ya muy claro de la correspondencia de AdS/CFT que los calabozos decaen de una manera unitaria. Esto es porque las bolas de fuego en las teorías del calibrador, que son análogas a la radiación Hawking son indiscutiblemente unitarias. El nuevo cálculo Hawking no ha sido evaluado realmente por la comunidad científica del especialista, porque los métodos que él utiliza son desconocedores y de consistencia dudosa; pero Hawking que encontró que él que convence suficientemente para pagar en una apuesta que él había hecho en 1997 con el Juan Preskill del físico de Caltech, al considerable interés de los medios.

Teoría matemática de la no-rotación, calabozos uncharged

considera también: Schwarzschild métrico, que deriva el

la solución de Schwarzschild

En la relatividad general, hay muchas soluciones sabidas de las ecuaciones de campo de Einstein que describe diversos tipos de los calabozos . El Schwarzschild métrico es una de las soluciones más tempranas y más simples. Esta solución describe la curvatura del espacio-tiempo en la vecindad de un objeto uncharged simétrico de los parásitos atmosféricos y esférico, donde está el métrico, $del$

l \ mathrm {d} s^2 = - c^2 \ ido (1 - {2Gm \ sobre c^2 r} \ derecho) \ mathrm {d} t^2 + \ ido (1 - {2Gm \ sobre c^2 r} \ derecho) ^ {- 1} \ mathrm {d} r^2 + r^2 \ mathrm {} \ Omega^2 , de d

donde $\backslash \; mathrm\; \{d\}\; \backslash \; Omega^2\; =\; \backslash \; mathrm\; \{\}\; \backslash \; theta^2\; de\; d\; +\; \backslash \; sin^2\; \backslash \; theta\; \backslash ;\; \backslash \; mathrm\; \{\}\; \backslash \; phi^2$ de d es un elemento estándar del ángulo sólido.

Según relatividad general, un objeto de gravitación se derrumbará en un calabozo si su radio es más pequeño que una distancia característica, conocido como el radio de Schwarzschild. (De hecho, el teorema de Buchdahl en relatividad general demuestra que en el caso de un modelo flúido perfecto de un objeto compacto, el límite más bajo verdadero es algo más grande que el radio de Schwarzschild.) Debajo de este radio, el espacio-tiempo se curva tan fuerte que cualquier rayo ligero emitió en esta región, sin importar la dirección en la cual se emite, viajará hacia el centro del sistema. Porque la relatividad prohíbe cualquier cosa de que viaja más rápidamente que la luz, cualquier cosa debajo del &ndash del radio de Schwarzschild; incluyendo las partículas constitutivas del &ndash de gravitación del objeto; se derrumbará en el centro. Una singularidad gravitacional, una región de densidad teóricamente infinita, formas a este punto. Porque no incluso es ligero puede escaparse dentro del radio de Schwarzschild, un calabozo clásico aparecería verdad el negro.

El radio de Schwarzschild se da cerca $r\_\; del$

l {\ rm S} = {2 \, Gm \ sobre c^2}

donde está el constante el G gravitacional, el m es la masa del objeto, y el c es la velocidad de la luz . Para un objeto con la masa de la tierra, el radio de Schwarzschild es un &mdash mero de 9 milímetros; sobre el tamaño de un mármol .

La densidad mala dentro del radio de Schwarzschild disminuye mientras que la masa del calabozo aumenta, así que mientras que un calabozo de la tierra-masa tendría una densidad de 2  ×  10³⁰  kg/m ³, un calabozo supermassive de las masas solares 10⁹ tiene una densidad alrededor de 20  ¡kg/m ³, menos que el agua! La densidad mala se da cerca $\backslash \; rho=\; \backslash \; frac\; del$

l {3 \, c^6} {32 \ pi m^2G^3}.

Puesto que la tierra tiene un radio malo de 6371 kilómetros, su volumen tendría que ser reducido 4 veces del × 10²⁶ de derrumbarse en un calabozo. Para un objeto con la masa Sun, el radio de Schwarzschild es aproximadamente 3  kilómetro, mucho más pequeño que el radio actual del Sun de cerca de 696. Es también perceptiblemente más pequeño que el radio a el cual el Sun se encogerá en última instancia después de agotar su combustible nuclear, que es vario mil kilómetros. Estrellas más masivas pueden derrumbarse en los calabozos en el final de sus cursos de la vida.

La fórmula también implica que cualquier objeto con una densidad mala dada es un calabozo si su radio es bastante grande. La misma fórmula solicita los agujeros del blanco también. Por ejemplo, si el universo observable tiene una densidad mala igual a la densidad crítica, después él es un agujero blanco, puesto que su singularidad está en el pasado y no en el futuro como debe estar para un calabozo.

Hay también la fórmula de la entropía del calabozo: = \ frac {Akc^3} {4 \ del $S\; del$

l G hbar}.

Donde está el área el A del horizonte de acontecimiento del calabozo, el $\backslash \; hbar$ es constante de Dirac (el " " constante reducido de Planck ;), el k es el Boltzmann constante, el G es el constante gravitacional, el c es la velocidad de la luz y el S es la entropía .

Una escala conveniente de la longitud para medir procesos del calabozo es el " radius" gravitacional;, que es igual al $r\_\; del\; \{\backslash \; rm\; G\}\; =\; \{Gm\; \backslash \; sobre\; c^2\}.$ Cuando están expresados en términos de esta escala de la longitud, muchos fenómenos aparecen en los radios del número entero. Por ejemplo, el radio de un calabozo de Schwarzschild es dos radios gravitacionales y el radio de un calabozo máximo giratorio de Kerr es un radio gravitacional. La localización del radio ligero del circularization alrededor de un calabozo de Schwarzschild (donde la luz puede mover en órbita alrededor del agujero en una órbita circular inestable) es $3r\_\; \{\backslash \; rm\; G\}$. La localización de la órbita marginal estable, pensamiento a estar cercano al borde interno de un disco del aumento, está en $6r\_\; \{\backslash \; rm\; G\}$ para un calabozo de Schwarzschild. ¡energía que es irradiada o los acontecimientos que suceden dentro de la región no puede por siempre ser considerado o ser detectado de exterior. Dentro del calabozo está una singularidad, un lugar anómalo del donde la materia se comprime al grado que las leyes de la física sabidas aplican no más a ella.

Teóricamente, un calabozo puede estar de cualquier tamaño. Los astrofísicos esperan encontrar los calabozos con las masas que se extienden entre áspero la masa Sun (" estelar-mass" calabozos) a muchos millones de épocas la masa del Sun (calabozos de Supermassive.

La existencia de calabozos en el universo es apoyada bien por la observación astronómica, particularmente de estudiar la emisión de la radiografía de los binarios de la radiografía y de los núcleos galácticos activos . También se ha presumido que los calabozos irradian imperceptiblemente una pequeña cantidad de energía debido a los efectos mecánicos de Quantum . Esto se llama la radiación Hawking .

Descripción simple

La mayoría de los planetas y otros cuerpos celestes son estables porque la fuerza de Pauli entre los electrones evita que se derrumben los átomos en uno a, mientras que la gravedad, el electromagnetismo, y las granes fuerzas tiran de ellos juntos. Estas fuerzas de oposición crean un equilibrio que permita que los cuerpos materiales conserven su forma y estructura. En circunstancias extremas, sin embargo, si hay bastante materia en bastante un pequeño espacio, la gravedad termina para arriba ganar, y los derrumbamientos de la materia: Los electrones no pueden permanecer distantes del núcleo atómico, y de las formas increíble densas de la materia (a veces llamadas Neutronium ).

Si una cantidad incluso mayor de masa se contiene dentro del mismo espacio, incluso la fuerza de Pauli entre los nucleones no puede resistir gravedad y el cuerpo se derrumba en sí mismo que forma un calabozo. De una manera que pueda ser dura de imaginarse, el nada puede parar este derrumbamiento si bastante materia consigue en bastante un pequeño espacio, y la materia se derrumba a un punto de la altura, de la anchura, y de la profundidad cero, conocida como singularidad . La masa en una singularidad es así que denso es no más " matter" en cualquie sentido verdadero, pero una cierta clase de la anomalía en el espacio . Cualquier cosa que consigue demasiado cercano a esta singularidad también se derrumbará en él la misma manera, si es materia, la energía o aún la luz sí mismo, que son la cosa más rápida del universo. La falta de incluso ligero de escapar su gravitación es cómo este fenómeno adquirió inicialmente el calabozo conocido.

Porque materia y energía que pasan este " boundary" pueden nunca escaparse detrás otra vez, los observadores fuera de este " invisible; boundary" puede ni ver adentro ni detectar qué pudo suceder dentro del &mdash interior; se oculta por siempre de la visión. La “línea divisoria invisible” en el espacio donde la materia o la energía será dibujada inevitable dentro del calabozo se conoce como el horizonte de acontecimiento, porque, como el horizonte de la tierra, nada se puede considerar más allá de él.

Fue encontrado más adelante que la energía puede escaparse de los calabozos en una manera inesperada, y que por lo tanto los calabozos pueden el evaporar . En espacio, las partículas virtuales están entrando en existencia y están desapareciendo continuamente en una escala microscópica que sea así que pequeño no pueden ser detectadas fácilmente. Ésta es una consecuencia de la física de Quantum y trabaja solamente en una escala subatómica. Conceptual, estas partículas se pueden imaginar para aparecer en pares y para desaparecer una fracción minúscula segundo más adelante otra vez. Por esta razón no se notan fácilmente. Pero cerca del horizonte de acontecimiento del calabozo, el campo gravitacional intenso separa las dos partículas incluso en el segundo ese fraccionario ellas existe. Una partícula se puede absorber en el calabozo, la otra se escapa. De una perspectiva externa toda se considera que es el segundo de éstos, dando el aspecto de la energía que es irradiada hacia fuera, escapándose de su campo gravitacional más allá del horizonte de acontecimiento. De esta manera, los calabozos pueden evaporarse paradójico. Este proceso es probablemente significativo para los calabozos muy más pequeños, pues un calabozo de la masa estelar o un más grande absorbería más energía de la radiación de fondo cósmica de la microonda que pierden esta manera. La radiación emitida se refiere como radiación Hawking .

Los calabozos vienen generalmente en dos tipos: ésos con una masa hasta diez veces la masa de nuestro Sun, y ésos con una masa que es millones o mil millones de las épocas que de nuestro sol. Estes 3ultimo se llaman los calabozos de Supermassive y se piensan para existir en los centros de galaxias. Los calabozos micro son creídos para ser posibles pero muy de breve duración, capaz de la creación bajo circunstancias extremas tales como el Big Bang o quizás por los aceleradores de partícula muy de alta potencia o los rayos cósmicos de la Ultra-alto-energía

Historia

Michell consideraba la posibilidad que muchos tales objetos que no pueden ser considerados pudieron estar presentes en el cosmos.

En 1796, el Pedro-Simon Laplace del matemático promovió la misma idea en las primeras y segundas ediciones de su exposición du système du Monde (del del libro fue quitado de ediciones posteriores). La idea ganó poca atención en el siglo XIX, puesto que la luz era probablemente una onda sin masa, por lo tanto no influenciado por la gravedad.

En 1915, el Albert Einstein desarrolló la teoría de la relatividad general llamada gravedad, demostrando anterior que la gravedad influencia la luz. Algunos meses más adelante, el Karl Schwarzschild dio la solución para el campo gravitacional de una masa del punto y de una masa esférica, demostrando que un calabozo podría existir teóricamente. El radio de Schwarzschild ahora se sabe para ser el radio del horizonte de acontecimiento de un calabozo no-giratorio, pero éste no estaba bien entendido en aquel momento. Schwarzschild mismo pensó que no era físico. Algunos meses después de Schwarzschild, un estudiante Lorentz, Juan Droste, dio independiente la misma solución para la masa del punto y escribió más extensivamente sobre sus características.

En 1930, el Subrahmanyan Chandrasekhar del astrofísico sostuvo que la relatividad especial demostró que se derrumbaría un cuerpo de no-radiación sobre 1.44 masas solares, ahora conocidas como el límite de Chandrasekhar, puesto que no había nada sabido en aquel momento que podría pararlo de hacer tan. Sus discusiones fueron opuestas por el Arturo Eddington, que creyó que algo pararía inevitable el derrumbamiento. Ambos estaban correctos, puesto que un enano blanco más masivo que el límite de Chandrasekhar se derrumbará en una estrella de neutrón . Sin embargo, una estrella de neutrón sobre cerca de tres masas solares (el límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff) sí mismo llega a ser inestable contra el derrumbamiento debido a la física similar.

En 1939, el Robert Oppenheimer y el H. Snyder predijeron que las estrellas masivas podrían experimentar un derrumbamiento gravitacional dramático. Los calabozos se podían, en principio, formar en naturaleza. Tales objetos durante algún tiempo fueron llamados las estrellas congeladas puesto que el derrumbamiento sería observado para retrasar y para convertirse en rápido pesadamente Redshifted cerca del radio de Schwarzschild. Las matemáticas demostraron que un observador exterior vería la superficie de la estrella congelada a tiempo en instante donde cruza ese radio. Estos objetos hipotéticos no eran el asunto de mucho interés hasta el finales de los sesenta. La mayoría de los físicos creyeron que eran una característica peculiar de la solución alto simétrica encontrada por Schwarzschild, y que los objetos que se derrumban en naturaleza no formarían los calabozos.

El interés en calabozos fue reencendido en 1967 en que esta muchacha Alex tenía un bebé y ella descubrió que el bebé fue al cuarto de baño. debido a progreso teórico y experimental. En 1970, el Stephen Hawking y el Rogelio Penrose probaron que los calabozos son una característica genérica en la teoría de Einstein de la gravedad, y no se pueden evitar en algunos objetos que se derrumbaban. El interés fue renovado en la comunidad astronómica con el descubrimiento de los pulsares pronto después de eso, el " de la expresión; hole" negro; fue acuñado por el policía motorizado teórico de Juan del físico, primero siendo utilizado en su de la conferencia pública nuestro universo: el sabido y desconocido en el 1967 del 29 de diciembre . Los más viejos objetos neutonianos de Michell y de Laplace se refieren a menudo como " La obscuridad stars el quot de ; para distinguirlos del " holes" negro; de la relatividad general.

Evidencia

Formación y tamaño

Un análisis cuantitativo de esta idea llevada a la predicción que un remanente estelar sobre cerca de tres a cinco veces la masa del Sun (el límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff) no podría apoyarse pues una estrella de neutrón vía la presión de la degeneración, y se derrumbaría inevitable en un calabozo. Se espera que los remanente estelares con esta masa sean producidos inmediatamente en el final de las vidas de las estrellas que son más de 25 a 50 por la masa del Sun, o por el aumento de la materia sobre una estrella de neutrón existente .

El derrumbamiento estelar generará los calabozos que contienen por lo menos tres calabozos solares de las masas más pequeños que este límite puede ser creado solamente si su materia se sujeta a la suficiente presión de una cierta fuente con excepción de la uno mismo-gravitación. Las presiones enormes necesarias para esto se piensan para haber existido en los primeros tiempos muy del universo, creando posiblemente los calabozos primordiales que podrían tener masas más pequeñas que la del Sun.

Los calabozos de Supermassive se creen para existir en el centro de la mayoría de las galaxias, incluyendo nuestra propia manera lechosa . Este tipo de calabozo contiene millones a los mil millones de masas solares, y hay varios modelos de cómo puede ser que hayan sido formados. El primer está vía derrumbamiento gravitacional de un racimo denso de estrellas. Un segundo está por granes cantidades total de acrecentamiento sobre un " seed" calabozo de Massachusetts estelar. Un tercero está por la fusión repetida de calabozos más pequeños. Los efectos de tales calabozos supermassive en espacio-tiempo se pueden observar en regiones como el racimo de galaxias, por ejemplo, la localización del virgo M87 (véase la imagen abajo) y de sus vecinos.

los calabozos de la Intermedio-masa tienen una masa entre el de calabozos estelares y supermassive, típicamente en la gama de millares de masas solares. los calabozos de la Intermedio-masa se han propuesto como fuente de energía posible para las fuentes ultra-luminosas del rayo de X, y en 2004 la detección fue demandada de un calabozo de la intermedio-masa que movía en órbita alrededor del candidato supermassive del calabozo de A* del sagitario en la base de la galaxia de la manera lechosa. Se disputa esta detección.

El límite más bajo en la masa de un calabozo viene de las discusiones del quántum. Según la física lo más comúnmente posible aceptada, uno no debe esperar observar el alumbrador de los calabozos que el Planck total, o aproximadamente 10^-5  g, e incluso ésos existirían solamente por periodos de tiempo minúsculos antes de evaporar. Si es verdad, este límite eliminaría la posibilidad de crear los calabozos miniatura en el laboratorio en el futuro próximo: incluso hoy, las energías centros de masa de la colisión de los aceleradores de partícula más avanzados del mundo siguen siendo 14-15 órdenes de la magnitud más baja que el Massachusetts de Planck.

Sin embargo, ciertos modelos de la unificación de las fuerzas fundamentales cuatro permiten la formación de los calabozos micro bajo condiciones del laboratorio. Éstos postulan que la energía en la cual la gravedad se unifica con las otras fuerzas es comparable a la energía en la cual los otros tres son unificados, en comparación con ser la energía (que de Planck es mucho más alta). Esto permitiría la producción de calabozos extremadamente de breve duración en los aceleradores de partícula terrestres que no se ha presentado ninguna prueba concluyente de este tipo de producción del calabozo, aunque incluso un resultado negativo mejora apremios en el compactification de dimensiones adicionales de la teoría de la secuencia o de otros modelos de la física.

Observación

Los efectos más visibles se creen para venir de la materia que acrecienta sobre un calabozo, que se predice para recoger en un disco extremadamente caliente y de rápido-giro del aumento. La viscosidad interna del disco lo hace llegar a ser extremadamente caliente, y emite granes cantidades de la radiografía y de la radiación ultravioleta . Este proceso es extremadamente eficiente y puede convertir el cerca de 10% de la energía de la masa de resto de un objeto en la radiación, en comparación con la fusión nuclear que puede convertir solamente el alguno por ciento de la masa a la energía. Otros efectos observados son los jets estrechos de partículas a las velocidades relativistas que dirigen a lo largo del eje del disco.

Sin embargo, los discos del aumento, los jets, y los objetos orbiting se encuentran no sólo alrededor de los calabozos, pero también alrededor de otros objetos tales como estrellas de neutrón y los enanos blancos y la dinámica de cuerpos cerca de estos attractors no-negros del agujero es en gran parte similares a el de cuerpos alrededor de los calabozos. Es actual un campo muy complejo y activo de la investigación que implica los campos magnéticos y la física de plasma para desenredar qué se está encendiendo. Por lo tanto, en general, las observaciones de los discos del aumento y los movimientos orbitales indican simplemente que hay un objeto compacto de cierta masa, y dicen muy poco sobre la naturaleza de ese objeto. La identificación de un objeto como calabozo requiere la asunción posterior que ningún otro objeto (o el sistema del límite de objetos) podría ser tan masivo y compacto. La mayoría de los astrofísicos aceptan que éste es el caso, puesto que según relatividad general, cualquier concentración de materia de la suficiente densidad debe derrumbarse necesario en un calabozo.

Una diferencia observable importante entre los calabozos y otros objetos masivos compactos es que cualquier materia infalling chocará eventual con estes 3ultimo a las velocidades relativistas, llevando a la emisión como la energía cinética de la materia se termaliza. Además " termonuclear ; burning" puede ocurrir en la superficie de objetos masivos compactos mientras que el material choca o se acumula. Estos procesos producen llamaradas intensas irregulares de las radiografías y de la otra radiación dura alrededor de algunos objetos. La carencia de tales llamaradas alrededor de una concentración tan compacta de masa se toma como evidencia que sugiere que el objeto es un calabozo que carece una superficie sobre la cual la materia pueda recoger y de qué radiación puede ser emitida.

Calabozos sospechosos

Ahora hay mucha de evidencia de observación astronómica indirecta de calabozos en dos gamas totales:
calabozos de la masa estelar con las masas de una estrella típica (4– 15 veces la masa de nuestro Sun), y
Calabozos de Supermassive con las masas que se extienden en de la orden de $10^5$ a las masas solares de $10^\; \{10\}$.

Además, hay una cierta evidencia de los calabozos (IMBHs), ésos de la Intermedio-masa con las masas de unas centenas a unos miles veces que del Sun. Estos calabozos pueden ser responsables de la emisión de las fuentes (ULXs) de la radiografía de Ultraluminous.

La presencia de discos del aumento del tamaño y de la velocidad correctos identificaron a los candidatos a calabozos de la estelar-masa principalmente, sin las llamaradas irregulares que se esperan de discos alrededor de otros objetos compactos. los calabozos de la Estelar-masa se pueden implicar en las explosiones (GRBs) del rayo gama; la duración corta GRBs se cree para ser causada por las estrellas de neutrón que chocan que forman un calabozo en la combinación. Las observaciones de GRBs largo en asociación con las supernovas ref> sugieren que GRBs largo sea causado por el Collapsars ; una estrella masiva cuya base se derrumba para formar un calabozo, dibujando en el material circundante. Por lo tanto, un GRB podía señalar posiblemente el nacimiento de un nuevo calabozo, ayudando a esfuerzos para buscar para ellos.

Los cuasares proporcionaron los candidatos a calabozos más masivos primero los núcleos galácticos activos y descubiertos por los radioastronomers en los años 60. La conversión eficiente de la masa en energía por la fricción en el disco del aumento de un calabozo parece ser la única explicación para las cantidades copiosas de energía generadas por tales objetos. La introducción de esta teoría en los años 70 quitó de hecho una objeción importante a la creencia que los cuasares eran &mdash distante de las galaxias; a saber, ese mecanismo físico de no podía generar que mucha energía.

De observaciones en los años 80 de movimientos de estrellas alrededor del centro galáctico, ahora se cree que tales calabozos supermassive existen en el centro de la mayoría de las galaxias, incluyendo nuestra propia manera lechosa . El sagitario A* es comúnmente aceptado ahora ser la localización de un calabozo supermassive en el centro de la galaxia de la manera lechosa. Las órbitas de estrellas dentro de algunos el AU del sagitario A* eliminan cualquier objeto con excepción de un calabozo en el centro de la manera lechosa que asume que las leyes de la física estándar actuales están correctas.

El cuadro actual es que todas las galaxias pueden tener un calabozo supermassive en su centro, y que este calabozo acrecienta gas y polvo en el medio de las galaxias que generan enormes cantidades de &mdash de la radiación; hasta que se haya tragado toda la masa próxima y el proceso apagó. Este cuadro puede también explicar porqué no hay cuasares próximos

Aunque los detalles todavía no estén claros, parece que el crecimiento del calabozo está relacionado íntimo con el crecimiento del &mdash componente esferoidal; una galaxia elíptica, o el bombeo de un &mdash de la galaxia espiral ; en cuál vive.

En 2002, el telescopio de Hubble identificó la evidencia que indicaba que intermedio clasificar los calabozos existen en los racimos globulares nombrados el M15 y el G1 . La evidencia de los calabozos provino la velocidad orbital de las estrellas en los racimos globulares; sin embargo, un grupo de las estrellas de neutrón podría causar observaciones similares.

Los candidatos más cercanos del calabozo

Descubrimientos recientes

En junio de 2004 los astrónomos encontraron un calabozo estupendo-masivo, Q0906+6930, en el centro de una galaxia distante cerca de 12.7 mil millones años ligeros de ausente. Esta observación indicó la creación rápida de calabozos estupendo-masivos en el universo temprano.

En noviembre de 2004 un equipo de astrónomos divulgó el descubrimiento del calabozo de la primera Intermedio-masa en nuestra galaxia, moviendo en órbita alrededor de tres años luz del sagitario A*. Este calabozo medio de 1.300 masas solares está dentro de un racimo de siete estrellas, posiblemente el remanente de un racimo de estrella masivo que ha sido pelado abajo por el centro galáctico. Esta observación puede agregar la ayuda a la idea que los calabozos supermassive crecen absorbiendo cerca calabozos y estrellas más pequeños.

En febrero de 2005, un azul SDSS J090745.0+24507 de la estrella del gigante fue encontrado para dejar al la manera lechosa en dos veces la velocidad de escape (0.0022 de la velocidad de la luz), siendo catapultado fuera de la base galáctica a la cual su trayectoria se puede rastrear. La alta velocidad de esta estrella apoya la hipótesis de un calabozo estupendo-masivo en el centro de la galaxia.

La formación de los calabozos micro en la tierra en los aceleradores de partícula se ha divulgado tentativo, pero no todavía se ha confirmado. Hasta ahora no hay candidatos observados a los calabozos primordiales

En enero de 2007, los investigadores en la universidad de Southampton en el Reino Unido divulgaron encontrar un calabozo dentro de un grupo compacto de estrellas antiguas conocidas como racimo globular . Muchos dudaron que los calabozos recién formado podrían existir en tales localizaciones debido a las interacciones gravitacionales.

Características y teorías

Campo gravitacional

Horizonte de acontecimiento

Los observadores externos no pueden sondar el interior de un calabozo. Por lo tanto según (no-quántum) relatividad general, los calabozos se pueden caracterizar enteramente por estos parámetros: Energía, ímpetu linear, ímpetu angular, carga eléctrica, y posición en un momento específico. Este principio es resumido por el refrán, acuñado por el policía motorizado de Juan Archibald, " los calabozos no tienen ningún " del pelo ; significando que no hay características que distinguen un calabozo de otro, con excepción de energía, de ímpetu linear, de carga, de ímpetu angular, y de la localización.

Distorsión del espacio-tiempo y marco de la referencia

Del punto de vista de un observador distante, un objeto que cae en un calabozo aparece retrasar, acercándose pero nunca absolutamente alcanzando al horizonte de acontecimiento. Mientras que el objeto cae en el calabozo, aparece más rojo y amortiguador al observador distante, debido al cambio rojo gravitacional extremo causado por la gravedad del calabozo. Eventual, el objeto que cae llega a ser tan dévil que puede ser visto no más, en un punto momentos antes que alcanza el horizonte de acontecimiento.

Del punto de vista del objeto que cae, nada particularmente special sucede en el horizonte de acontecimiento. El objeto cruza el horizonte de acontecimiento y alcanza la singularidad en el centro dentro de una cantidad finita del tiempo apropiado, según lo medido por un reloj llevado con el observador que cae.

Del punto de vista del observador que cae, los objetos distantes pueden aparecer azul-cambiados de puesto o rojo-cambiados de puesto, dependiendo de la trayectoria del observador. La luz azul-es cambiada de puesto por la gravedad del calabozo, pero rojo-cambiada de puesto por la velocidad del objeto que cae.

Dentro del horizonte de acontecimiento

A medida que el objeto continúa acercándose a la singularidad, será estirado radialmente con respecto al calabozo y comprimido en las direcciones perpendiculares a este eje. Este fenómeno, llamado Spaghettification, ocurre como resultado de las fuerzas de marea las partes del objeto más cercano a la sensación de la singularidad un tirón más fuerte hacia él (causando estirar a lo largo del eje), y todas las piezas se tiran adentro la dirección de la singularidad, que se alinea solamente con el movimiento medio del objeto a lo largo del eje del objeto (que causa la compresión hacia el eje).

Singularidad

En un calabozo no-giratorio, la singularidad es unidimensional, extendido en la dirección del tiempo solamente. En un calabozo giratorio, la singularidad es de dos dimensiones, extendido a tiempo y en longitud.

Se espera que los refinamientos o las generalizaciones futuros de la relatividad general (particularmente gravedad de Quantum ) cambiarán qué se piensa de la naturaleza de los interiores del calabozo. La mayoría de los teóricos interpretan la singularidad matemática de las ecuaciones como indicando que la teoría actual no es completa, y que los nuevos fenómenos deben entrar en juego como uno se acercan a la singularidad.

La hipótesis cósmica de la censura afirma que no hay singularidades desnudas en relatividad general. Esta hipótesis es que cada singularidad está ocultada detrás de un horizonte de acontecimiento y no puede ser sondada. Si esta hipótesis es verdad sigue siendo un área activa de la investigación teórica.

Calabozos giratorios

considera también: que gira el

l calabozo

Según teoría, se espera que el horizonte de acontecimiento de un calabozo que no esté haciendo girar es esférico, y su singularidad sea un monopunto donde la curvatura llega a ser infinita. Si el calabozo lleva el ímpetu angular (heredado de una estrella que está haciendo girar a la hora de su derrumbamiento), comienza a arrastrar el espacio-tiempo que rodea el horizonte de acontecimiento en un efecto conocido como Marco-que arrastra . Esta área de giro que rodea el horizonte de acontecimiento se llama el Ergosphere y tiene una forma elipsoidal . Puesto que el ergosphere está situado fuera del horizonte de acontecimiento, los objetos pueden existir dentro del ergosphere sin caer en el agujero. Sin embargo, porque el espacio-tiempo sí mismo se está moviendo en el ergosphere, es imposible que los objetos permanezcan en un de posición fija. Los objetos que pastaban el ergosphere se podrían en algunas circunstancias catapultar hacia fuera a la gran velocidad, extrayendo energía (y ímpetu angular) del agujero, por lo tanto el ergosphere conocido griego (" del ; esfera del work") porque es capaz de hacer el trabajo.

Se espera que la singularidad dentro de un calabozo giratorio sea un anillo, algo que un punto, aunque la geometría interior de un calabozo giratorio no está actual bien entendido. Mientras que el sino de un observador que cae en un calabozo no-giratorio es Spaghettification, el sino de un observador que cae en un calabozo giratorio está mucho menos claro. Por ejemplo, en la geometría de Kerr, un observador infalling puede potencialmente escapar el Spaghettification pasando con un horizonte interno . Sin embargo, es inverosímil que la geometría interior real de un calabozo giratorio es la geometría de Kerr debido a las ediciones de la estabilidad, y el último sino de un observador que cae en un calabozo giratorio no se sabe actual.

Entropía y radiación Hawking

La radiación Hawking refleja una temperatura característica del calabozo, que se puede calcular de su entropía. Esta temperatura de hecho baja más masivo un calabozo llega a ser: cuanto más energía que un calabozo absorbe, se enfría. Un calabozo con la masa del Mercury del planeta tendría áspero una temperatura en equilibrio con la radiación cósmica del fondo de la microonda (cerca de 2. Más masivo que esto, un calabozo será más frío que la radiación de fondo, y ganará energía del fondo más rápidamente que da energía para arriba con la radiación Hawking, todavía llegando a ser incluso más fría. Sin embargo, porque un calabozo menos masivo el efecto implica que la masa del calabozo se evaporará lentamente con tiempo, con el calabozo llegando a ser más caliente y más caliente como lo hace tan. Aunque estos efectos sean insignificantes para los calabozos bastante masivos haber sido formados astronómico, llegaron a ser rápido significativos para calabozos más pequeños hipotético, donde los efectos quántum-mecánicos dominan. De hecho, los pequeños calabozos se predicen para experimentar la evaporación del fugitivo y para desaparecer eventual en una explosión de la radiación. Aunque la relatividad general se pueda utilizar para realizar un cálculo semiclásico de la entropía del calabozo, esta situación es teóricamente unsatisfying. En los mecánicos estadísticos, la entropía se entiende como cuenta del número de configuraciones microscópicas de un sistema que tengan las mismas calidades macroscópicas (tales como masa, carga, presión, etc. Pero sin una teoría satisfactoria de la gravedad de Quantum, uno no puede realizar tal cómputo para los calabozos. Una cierta promesa ha sido demostrada por la teoría de la secuencia, sin embargo. Allí uno postula que los grados de libertad microscópicos del calabozo son D-branes contando los estados de D-branes con las cargas dadas y energía, la entropía para cierto Supersymmetric que se han reproducido los calabozos. Ampliar la región de validez de estos cálculos es un campo de investigación en curso.

Unitarity del calabozo

Los calabozos, sin embargo, pudieron violar esta regla. La posición bajo relatividad general clásica es sutil pero directa: debido a el clásico ningún teorema del pelo, podemos nunca determinar qué entró el calabozo. Sin embargo, según lo considerado del exterior, la información nunca se destruye realmente, pues la materia que cae en el calabozo aparece del exterior rojo-cambiarse de puesto cada vez más mientras que se acerca (pero aparece nunca en última instancia alcanzar) al horizonte de acontecimiento.

Las ideas de la gravedad de Quantum, por una parte, sugieren que pueda solamente haber una entropía finita limitada (IE a la cantidad de información finita máxima) asociada al espacio cerca del horizonte; pero el cambio en la entropía del horizonte más la entropía de la radiación Hawking es siempre suficiente tomar toda la entropía de la materia y la energía que baja en el calabozo.

Muchos físicos se refieren sin embargo que éste todavía no está suficientemente bien entendido. Particularmente, en un nivel de quántum, está el estado de quántum de la radiación Hawking determinada únicamente por la historia de qué ha caído en el calabozo; ¿y la historia de qué ha caído en el calabozo es determinada únicamente por el estado de quántum del calabozo y de la radiación? Éste es lo que requeriría el determinismo, y unitarity.

El Stephen Hawking se había opuesto durante mucho tiempo a tales ideas, sosteniendo a su posición de la original 1975 que la radiación Hawking es enteramente termal y por lo tanto enteramente al azar, representando la nueva información nondeterministically creada. Sin embargo, en el 2004 del 21 de julio él presentó una nueva discusión, invirtiendo su posición anterior. En este nuevo cálculo, la entropía asociada al calabozo sí mismo todavía sería inaccesible a los observadores externos; y en la ausencia de esta información, es imposible relacionarse de una manera del 1:1 la información en la radiación Hawking (incorporada a sus correlaciones internas detalladas) con el estado inicial del sistema. Sin embargo, si el calabozo se evapora totalmente, después tal identificación puede ser hecho, y se preserva el unitarity. No está claro hasta dónde incluso el especialista que Hawking matemático de la maquinaria persuade la comunidad científica todavía ha utilizado (de hecho mucho del respeto todo el trabajo de sobre gravedad de quántum en cuanto alto es especulativo); pero Hawking que encontró que él que convence suficientemente para pagar en una apuesta que él había hecho en 1997 con el Juan Preskill del físico de Caltech, al considerable interés de los medios.

Teoría matemática

considera también: Schwarzschild métrico, que deriva el

la solución de Schwarzschild

Los calabozos son predicciones teoría de s de Albert Einstein de 'de la relatividad general . Hay muchas soluciones sabidas a las ecuaciones de campo de Einstein que describen los calabozos, y son también probablemente una parte inevitable de la evolución de cualquier estrella de cierto tamaño. Particularmente, ocurren en el Schwarzschild métrico, uno del más temprana y las soluciones más simples a las ecuaciones de Einstein, encontraron por el Karl Schwarzschild en 1915. Esta solución describe la curvatura del espacio-tiempo en la vecindad de un objeto simétrico de los parásitos atmosféricos y esférico, donde está el métrico, $del$

l \ mathrm {d} s^2 = - c^2 \ ido (1 - {2Gm \ sobre c^2 r} \ derecho) \ mathrm {d} t^2 + \ ido (1 - {2Gm \ sobre c^2 r} \ derecho) ^ {- 1} \ mathrm {d} r^2 + r^2 \ mathrm {} \ Omega^2 , de d

donde $\backslash \; mathrm\; \{d\}\; \backslash \; Omega^2\; =\; \backslash \; mathrm\; \{\}\; \backslash \; theta^2\; de\; d\; +\; \backslash \; sin^2\; \backslash \; theta\; \backslash ;\; \backslash \; mathrm\; \{\}\; \backslash \; phi^2$ de d es un elemento estándar del ángulo sólido.

Según relatividad general, un objeto de gravitación se derrumbará en un calabozo si su radio es más pequeño que una distancia característica, conocido como el radio de Schwarzschild. (De hecho, el teorema de Buchdahl en relatividad general demuestra que en el caso de un modelo flúido perfecto de un objeto compacto, el límite más bajo verdadero es algo más grande que el radio de Schwarzschild.) Debajo de este radio, el espacio-tiempo se curva tan fuerte que cualquier rayo ligero emitido en esta región, sin importar la dirección en la cual se emite, viajará hacia el centro del sistema. Porque la relatividad prohíbe cualquier cosa de que viaja más rápidamente que la luz, cualquier cosa debajo del &ndash del radio de Schwarzschild; incluyendo las partículas constitutivas del &ndash de gravitación del objeto; se derrumbará en el centro. Una singularidad gravitacional, una región de densidad teóricamente infinita, formas a este punto. Porque no incluso es ligero puede escaparse dentro del radio de Schwarzschild, un calabozo clásico aparecería verdad el negro.

El radio de Schwarzschild se da cerca $r\_\; del$

l {\ rm S} = {2 \, Gm \ sobre c^2}

donde está el constante el G gravitacional, el m es la masa del objeto, y el c es la velocidad de la luz . Para un objeto con la masa de la tierra, el radio de Schwarzschild es un &mdash mero de 9 milímetros; sobre el tamaño de un mármol .

La densidad mala dentro del radio de Schwarzschild disminuye mientras que la masa del calabozo aumenta, así que mientras que un calabozo de la tierra-masa tendría una densidad de 2  ×  10³⁰  kg/m ³, un calabozo supermassive de las masas solares 10⁹ tiene una densidad alrededor de 20  ¡kg/m ³, menos que el agua! La densidad mala se da cerca $\backslash \; rho=\; \backslash \; frac\; del$

l {3 \, c^6} {32 \ pi m^2G^3}

Puesto que la tierra tiene un radio malo de 6371 kilómetros, su volumen tendría que ser reducido 4 veces del × 10²⁶ de derrumbarse en un calabozo. Para un objeto con la masa Sun, el radio de Schwarzschild es aproximadamente 3  kilómetro, mucho más pequeño que el radio actual del Sun de cerca de 696. Es también perceptiblemente más pequeño que el radio a el cual el Sun se encogerá en última instancia después de agotar su combustible nuclear, que es vario mil kilómetros. Estrellas más masivas pueden derrumbarse en los calabozos en el final de sus cursos de la vida.

La fórmula también implica que cualquier objeto con una densidad mala dada es un calabozo si su radio es bastante grande. La misma fórmula solicita los agujeros del blanco también. Por ejemplo, si el universo observable tiene una densidad mala igual a la densidad crítica, después él es un agujero blanco, puesto que su singularidad está en el pasado y no en el futuro como debe estar para un calabozo.

Calabozos más generales también son predichos por otras soluciones a las ecuaciones de Einstein, tales como el Kerr métrico para un calabozo giratorio, que posee una singularidad del anillo. Entonces tenemos el Reissner-Nordström métrico para los calabozos cargados. Durar el Kerr-Newman que métrico está para el caso de un calabozo cargado y giratorio.

Hay también la fórmula de la entropía del calabozo: = \ frac {Akc^3} {4 \ G hbar} del $S\; del$

l

Donde está el área el A del horizonte de acontecimiento del calabozo, el $\backslash \; hbar$ es constante de Dirac (el " " constante reducido de Planck ;), el k es el Boltzmann constante, el G es el constante gravitacional, el c es la velocidad de la luz y el S es la entropía .

Una escala conveniente de la longitud para medir procesos del calabozo es el " radius" gravitacional;, que es igual al $r\_\; del\; \{\backslash \; rm\; G\}\; =\; \{Gm\; \backslash \; sobre\; c^2\}$ Cuando están expresados en términos de esta escala de la longitud, muchos fenómenos aparecen en los radios del número entero. Por ejemplo, el radio de un calabozo de Schwarzschild es dos radios gravitacionales y el radio de un calabozo máximo giratorio de Kerr es un radio gravitacional. La localización del radio ligero del circularization alrededor de un calabozo de Schwarzschild (donde la luz puede mover en órbita alrededor del agujero en una órbita circular inestable) es $3r\_\; \{\backslash \; rm\; G\}$. La localización de la órbita marginal estable, pensamiento a estar cercano al borde interno de un disco del aumento, está en $6r\_\; \{\backslash \; rm\; G\}$ para un calabozo de Schwarzschild.

Modelos alternativos

En marzo de 2005, el George Chapline del físico en el laboratorio nacional de Lorenzo Livermore en el California propuso que no existan los calabozos, y que los calabozos de los objetos probablemente son actual realmente las estrellas de la Oscuro-energía él extraen esta conclusión de algunos análisis mecánicos del quántum. Aunque su oferta haga actual que poco apoye en la comunidad de la física, fue divulgada extensamente por los medios.

Entre suplente los modelos son los objetos eterno que se derrumban magnetoesféricos, racimos de name=" de la referencia de las partículas elementales ; Maoz 1998" > (e., el bosón stars), bolas del fermio, uno mismo-gravitando, ref> pesado degenerado de los neutrinos e incluso racimos de calabozos muy bajos de la masa (masa solar ~0. Hay dos maneras principales de las cuales podrían afectar a la tierra.
Hay evidencia de que algunos calabozos no son inmóviles, algo, ellos " wander" a través de espacio. Hay solamente una posibilidad muy delgada que un calabozo rogue pudo pasar cerca, o aún a través de nuestra Sistema Solar. A una velocidad típica del movimiento relativo de las estrellas de la manera lechosa, tardaría algunas décadas para que un calabozo atraviese la Sistema Solar, mientras tanto daría rienda suelta a estrago en las órbitas de los planetas, y afecta posiblemente a la tierra y a Sun directo si pasa cerca de ellos.
Hay una posibilidad teórica que un calabozo micro se pudo crear dentro de un acelerador de partícula . Sin embargo, muchas colisiones de la partícula que ocurren naturalmente pues los rayos cósmicos que golpeó el borde de nuestra atmósfera son a menudo lejos más enérgios que cuaesquiera colisiones creadas por el hombre. Si los calabozos micro se pueden crear esta manera, es probable que sean ya diarios creado sin nuestra implicación.

Incluso si, por ejemplo, dos protones en el Collider grande del Hadron pueden combinarse para crear un calabozo micro, este calabozo sería extremadamente inestable, y vaporizaría debido a la radiación Hawking antes de él tenía una ocasión de propagar. Para 14 un calabozo de TeV (la energía centro de masa en el Collider grande del Hadron), el cómputo directo de su curso de la vida Hawking fórmula da los segundos 10^-100.