科学家观测到一个黑洞的灭亡,灭亡时还会释放其能量?太神奇了

因为霍金辐射的放射,黑洞的寿命是有限的。然而,闭于于大普遍已知的天体物理学黑洞来说,它实脚蒸发和消逝所须要的时间远远善于姑且世界的年纪。比方,一个品质与太阳相当的黑洞须要2×10^67年本领蒸发,而世界的年纪惟有13.8×10^9年(因此,黑洞蒸发须要的时间是姑且世界年纪的10^57倍以上!)

黑洞蒸发时间品质为M的黑洞的蒸发时间公式为:t_ev=(520πG^2 M^3)/(hC^4 )因为时间与品质的立方成正比,一个品质比它大10倍的黑洞蒸发的时间是它的1000倍,品质比它小10倍的黑洞蒸发的时间是它的1/1000。假如你有一个品质脚够小的黑洞,它会在短时间内蒸发。

比方,一个品质为2.2×10^5kg的黑洞会在大概1秒内蒸发掉!这大概是一头蓝鲸的品质——然而是“蓝鲸”黑洞的直径惟有6×10^-22米,大概是质子直径的百极端之一!比拟之下,太阳品质的黑洞直径为6000米(大概3.7英里),地球品质的黑洞直径为1.7厘米。人们认为,由超新星爆炸爆发的天体物理学黑洞的最短文质是几个太阳品质。一个品质约为1个太阳品质的黑洞将在2×10^66年安排蒸发。

黑洞的温度黑洞蒸发的缘故是它们有一个给定的温度:T=(hc^2)/(8πGMk_B )十脚有温度的物体城市发出辐射。注沉,跟着品质的降矮,温度会升高!闭于于一个太阳品质的黑洞,这个公式给出的温度惟有60纳开尔文(开尔文的600亿分之一),这是格外冷的,然而不是绝闭于零度。在60纳米开尔文的情景下,太阳品质的黑洞将重要以每秒1800个周期的频率(远矮于微波波段)放射无线电波,其波长约为160公里(大概100英里)。

姑且,世界微波背景辐射(CMB)的温度是2.7开尔文。一个品质相当于月球的黑洞的温度大概是2.7开尔文。一个品质大于月球品质的黑洞因为其温度矮于世界微波背景辐射温度在世界中本质上会赢得品质, 这是因为它们从捕获的CMB光子中赢得的能量要比它们在霍金辐掷中辐射的能量多。然而是跟着时间的推移,CMB的温度会持续低沉,亲近0 K,所以最后十脚的黑洞城市蒸发。

黑洞的结果一秒正如前方所提到的,只持续1秒(品质和“蓝鲸”相当)的黑洞它的温度为5.6×10^17 k,在它人命结果一秒所发出的辐射的总能量将和500万吨TNT爆炸开释的相当!这个能量大概是地球上十脚国度核武库总量的1000倍,大概是成天内达到地球表面的太阳能总量的1.4倍。姑且,假如黑洞的品质是本本的二倍,蒸发须要8秒钟(因为时间与品质的三次方成正比),开释的总能量将减少一倍,所以总能量的一半会在结果一秒开释,另一半会在前七秒开释。

因此,黑洞在单元时间内开释的能量呈指数级减少——然而闭于于典范的天体物理黑洞来说,它的初始值是如许之小,以致于“几乎”长久都不会爆炸!明显,在黑洞蒸发的结果阶段,它们便像格外热的物体,开释出洪量的辐射,最后在人命的结果阶段爆炸。请注沉,十脚的黑洞都以共样的办法以共样的爆炸中断它们的人命。它们的初始品质不过变化了蒸发和爆炸所需的时间。

在霍金1974年登载的题为“黑洞爆炸?”,他表明:“…在[黑洞]人命的末期,辐射率会格外高,在结果的0.1秒内大概会开释10^30 erg。以天文学的尺度来瞅,这是一个相当小的爆炸,然而它相当于100万枚1吨的氢弹。霍金辐射发出什么?在黑洞存留的时势部时间里,它主假如放射超长波长(冷)光子(也即是矮频无线电波)。中微子具备非零的停止品质,因此跟着温度的升高(黑洞缩小),在某偶尔时,除了光子外,黑洞还会发端发出中微子。

咱们认为中微子的品质是1eV的几分之一,所以当黑洞的温度升高到11600K时,它便会发端放掷中微子。此时,黑洞将形成“白色”,因为它将放射光谱瞅来范畴内的光子——便像咱们的太阳普遍。当黑洞的品质约为地球品质的百极端之一,即50万亿(10^12)头“蓝鲸”时,中微子放射便发端了。而黑洞隔绝爆炸还有10^23倍姑且世界年纪的时间,这种放射瞅来光和中微子的状况便会发端。这个品质的黑洞惟有细胞膜的厚度那么大。所以它会很小,很长一段时间都很热。

共样,当黑洞的温度达到100亿开尔文(10^10K)时,电子和正电子便会被放射出来。共时,黑洞也会放射出高能的伽马射线,还包括电子、正电子和中微子。当黑洞缩小到约5600万头“蓝鲸”时,这十脚便发端了,而隔绝它的最后爆炸还有40万倍于姑且世界的年纪。跟着温度越来越高,更多品种的粒子和反粒子将从黑洞中开释出来——基础上,当黑洞的温度高到必定程度,它便会爆发这些粒子。黑洞人命的结果几微秒大概几纳秒的细节将取决于量子引力的细节——姑且咱们还不量子引力表面不妨估计这些细节。

太初黑洞?然而,姑且咱们还不所有凭据表明,在咱们的世界中,黑洞的品质小于一个太阳的品质。从表面上道,大爆炸时大概会爆发更小的(本始的)黑洞。假如它们的品质在适合的范畴内,它们大概在13.8亿年后的即日爆炸。天文学家从来在寻找这种爆炸,然而不可功。为了让黑洞姑且爆炸,它在大爆炸时的品质该当是大概76万头“蓝鲸”。比拟之下,一个太阳品质几乎是等于10^25等于“蓝鲸”。

姑且还不已知的天体物理过程不妨创造出比咱们即日世界中几个太阳品质小得多的黑洞。即日所能爆发的最小的黑洞是由恒星超新星爆炸的残留物产生的。问题是,闭于于较小的恒星,超新星爆炸的残余最后会形成白矮星大概中子星。

惟有较大恒星的超新星爆炸才会爆发比几个太阳品质还沉的残骸。胜过几个太阳品质的残余物不会停留在白矮星大概中子星阶段,而是持续坍缩成为黑洞。黑洞的时间衍化和能量输出都在蒸发如下表表露:黑洞蒸发和爆炸所须要的时间。在谁人时间段发端时输出的刹时功率。都是黑洞品质的函数。此表运用咱们方便的“蓝鲸”品质单元(2.2X10^5kg)展现黑洞的品质。能量单元是指太阳每秒供给给地球表面的总能量。

所以,一个品质为100头蓝鲸的黑洞将在大概12天内爆炸,在这12天的发端,它将和地球普遍“透亮”,假如它是实脚白色的,并反射十脚的太阳光彩。请注沉,与典范的恒星比拟,这不是很亮!究竟上,在黑洞人命的结果一秒所开释的总能量仅为太阳在这一秒所开释总能量的1/ 20000。然而,太阳重要以瞅来光光子的办法开释能量,而黑洞的时势部能量将以极高能量的伽马射线和百般粒子的办法开释。

究竟上,在十脚黑洞人命的“当下世界年纪”中,它将重要放射高能伽马射线,因为在它人命的结果138亿年里,它的温度大于10^11K。因此,假如一个本始黑洞凑巧在费米伽马射线太空望远镜对准它的时间,在四周的某个场合蒸发掉了,那么这颗卫星大概不妨探测到爆炸的特定伽马射线旗号。这是费米的安排手段之一——然而,迄今为止还不瞅测到黑洞伽马射线爆炸。有人计划宏大强子闭于撞机大概已经不妨创造出微瞅黑洞。悲惨的是,要透彻地估计出如许大小的黑洞,咱们须要量子引力表面。

在“常规”弦表面中,最小的黑洞会在普朗克品质(这将持续几普朗克时间),然而宏大强子闭于撞本能量是14个数目级太小,不及以达到这一能量,因此“常规”弦表面凭据宏大强子闭于撞机长久不大概创造一个黑洞。[注沉,普朗克品质大概是一只典范蚊子品质的1%,普朗克品质黑洞的大小大概是普朗克长度的宽度这也是弦表面中弦的长度。结果,普朗克时间是光经过普朗克长度所须要的时间。普朗克长度和普朗克时间是格外小的长度和时间单元;共时,普朗克品质“不过”微瞅的——也即是说,它在显微镜下是瞅来的!]

然而,也有一些具备超大维度的猜测性弦表面,在这些表面中,宏大强子闭于撞机大概创造确一个黑洞。然而,这些黑洞也会简树登时蒸发(在格外、格外短的时间内),而且会以与爆发它们的能量实脚沟通的能量爆炸,所以闭于宏大强子闭于撞机探测器来说,它瞅起来与其他宏大强子闭于撞机碰撞好像。黑洞“爆炸”最明显的特性是爆发的粒子呈球闭于称分别。迄今为止,宏大强子闭于撞机还不爆发过如许的事变。

有人担忧宏大强子闭于撞机大概爆发的微型黑洞会侵吞地球,然而这种担忧是实脚站不住脚的,因为它们会很快蒸发掉。究竟上,有实考凭据表明,这类黑洞不大概侵吞地球——究竟上,地球还不被侵吞!缘故是世界射线的能量比宏大强子闭于撞机的能量高许多个数目级,所以这些黑洞在往日的4.5亿年里常常被创造出来——而咱们依然在此地。

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