Terdapat beberapa cara untuk membuat lubang hitam, dari runtuhnya teras supernova hingga penggabungan bintang neutron dengan keruntuhan sejumlah besar jirim. Sekiranya kita mengambil had bawah, lubang hitam boleh mempunyai 2.5 hingga 3 jisim suria, tetapi di had atas lubang hitam supermasif dapat melebihi 10 bilion massa suria. Mereka biasanya dijumpai di pusat galaksi. Sejauh mana stabilnya mereka? Lubang hitam mana yang akan kering terlebih dahulu: besar dan rakus atau kecil?
Adakah ukuran kritikal untuk kestabilan lubang hitam? Lubang hitam seberat 1012 kilogram boleh stabil selama beberapa bilion tahun. Tetapi lubang hitam dalam jisim 105 boleh meletup dalam sekejap dan pasti tidak stabil. Di manakah nilai emas, di mana kemasukan jirim sama dengan radiasi Hawking?
Kestabilan lubang hitam
Perkara pertama yang dimulakan ialah kestabilan lubang hitam itu sendiri. Apa-apa objek lain di Alam Semesta, astrofizik atau sebaliknya, mempunyai kekuatan yang menahannya bersama-sama dengan Alam Semesta yang berusaha menghancurkannya. Atom hidrogen adalah struktur yang kuat; satu foton ultraviolet tunggal boleh memusnahkannya dengan mengionkan elektron. Untuk menghancurkan nukleus atom, anda memerlukan zarah bertenaga lebih tinggi seperti sinar kosmik, proton dipercepat, atau foton sinar gamma.
Tetapi untuk struktur besar seperti planet, bintang, atau bahkan galaksi, daya graviti yang menahannya sangat besar. Sebagai peraturan, untuk memecahkan megastruktur seperti itu, diperlukan reaksi termonuklear atau pengaruh graviti yang sangat kuat dari luar - misalnya, dari bintang yang lewat, lubang hitam atau galaksi.
Bagaimanapun, dalam kes lubang hitam, ini tidak berlaku. Jisim lubang hitam, bukannya diedarkan ke atas jumlah, berkontraksi menjadi satu keunikan. Untuk lubang hitam yang tidak berputar, ini adalah satu titik dengan dimensi sifar. Lubang hitam yang berputar tidak jauh lebih baik: cincin satu dimensi yang sangat tipis.
Video promosi:
Di samping itu, semua kandungan tenaga massa lubang hitam berada dalam cakerawala peristiwa. Lubang hitam adalah satu-satunya objek di Alam Semesta yang mempunyai cakrawala peristiwa: batas di luar yang mustahil untuk kembali. Tidak ada pecutan, dan oleh itu tidak ada kekuatan, akan dapat menarik jirim, jisim atau tenaga dari cakerawala peristiwa yang melampaui batasnya.
Ini mungkin bermaksud bahawa lubang hitam, yang terbentuk dengan cara yang mungkin, hanya dapat tumbuh dan tidak akan musnah. Dan mereka tumbuh, tanpa henti dan tanpa henti. Kami memerhatikan semua jenis fenomena di Alam Semesta, seperti:
- quasar;
- blazar;
- nukleus galaksi aktif;
- mikroquarsar;
- bintang yang tidak memancarkan cahaya;
- Sinaran X dan radio meletup dari pusat galaksi;
yang membawa kita ke lubang hitam. Dengan menentukan jisimnya, kami berusaha untuk mengetahui dimensi fizikal cakrawala peristiwa mereka. Apa sahaja yang bertembung dengannya, melintasi, atau menyentuhnya pasti akan jatuh ke dalam. Dan, berkat penjimatan tenaga, jisim lubang hitam juga akan meningkat.
Proses ini berlaku dengan setiap lubang hitam yang diketahui oleh kita. Bahan dari bintang lain, debu kosmik, bahan interstellar, awan gas, bahkan radiasi dan neutrino yang tersisa dari Big Bang semuanya dihantar ke sana. Apa-apa perkara yang bertembung dengan lubang hitam akan meningkatkan jisimnya. Pertumbuhan lubang hitam bergantung kepada ketumpatan jirim dan tenaga di sekitar lubang hitam; raksasa di pusat Bima Sakti kita tumbuh pada kadar 1 jisim suria setiap 3000 tahun; lubang hitam di tengah galaksi Sombrero tumbuh pada kadar 1 jisim suria dalam 20 tahun.
Rata-rata semakin besar lubang hitam anda, semakin cepat tumbuh, bergantung pada bahan yang ditemuinya. Kadar pertumbuhannya semakin perlahan dari masa ke masa, tetapi kerana alam semesta ini baru berusia sekitar 13.8 bilion tahun, lubang hitam tumbuh dengan indah.
Sebaliknya, lubang hitam tidak hanya tumbuh dari masa ke masa; terdapat juga proses penyejatannya: Sinaran Hawking. Ini disebabkan oleh fakta bahawa ruang sangat melengkung di dekat cakrawala peristiwa, tetapi meluruskan dengan jarak. Sekiranya anda berada pada jarak yang jauh, anda dapat melihat sejumlah kecil radiasi yang dipancarkan dari kawasan melengkung di dekat cakrawala peristiwa, kerana kenyataan bahawa vakum kuantum mempunyai sifat yang berbeza di kawasan ruang melengkung yang berbeza.
Hasil akhirnya adalah bahawa lubang hitam memancarkan sinaran termal dari badan hitam (kebanyakannya dalam bentuk foton) ke semua arah di sekelilingnya, dalam jumlah ruang yang pada dasarnya merangkumi sekitar sepuluh jari-jari Schwarzschild di lokasi lubang hitam. Dan mungkin kelihatan pelik, tetapi semakin kecil lubang hitam, semakin cepat ia menguap.
Sinaran Hawking adalah proses yang sangat perlahan di mana lubang hitam dengan jisim Matahari kita akan menguap setelah 10 (hingga kekuatan 64) tahun; lubang di pusat Bima Sakti kita - dalam 10 (dengan kekuatan 87) tahun, dan yang paling besar di Alam Semesta - dalam 10 (dengan kekuatan 100) tahun. Untuk mengira masa penyejatan lubang hitam dengan formula mudah, anda perlu mengambil jangka masa Matahari kita dan kalikan dengan (jisim lubang hitam / jisim Matahari).
dari mana ia menunjukkan bahawa lubang hitam dengan jisim Bumi akan hidup selama 10 (hingga kekuatan 47) tahun; lubang hitam dengan jisim Piramid Besar di Giza (6 juta tan) - kira-kira seribu tahun; dengan jumlah Bangunan Empire State - kira-kira sebulan; dengan jisim orang biasa - sekejap. Semakin kurang jisim, semakin cepat lubang hitam menguap.
Sejauh yang kita ketahui, alam semesta dapat berisi lubang hitam dengan ukuran yang tidak dapat dibayangkan. Sekiranya ia dipenuhi dengan lubang hitam terang - hingga satu miliar tan - semuanya akan menguap hari ini. Tidak ada bukti bahawa terdapat lubang hitam dengan jisim antara paru-paru ini dan yang dilahirkan dalam proses penggabungan bintang neutron - secara teori, mereka mempunyai jisim 2.5 suria. Di atas had ini, kajian sinar-X menunjukkan adanya lubang hitam dalam julat jisim solar 10-20; LIGO menunjukkan lubang hitam antara 8 dan 62 jisim solar; cari juga lubang hitam supermasif di seluruh alam semesta.
Hari ini, semua lubang hitam yang ada semakin cepat bertambah daripada yang hilang kerana radiasi Hawking. Lubang hitam dengan jisim solar kehilangan kira-kira 10 (hingga -28 kuasa) J tenaga setiap saat. Tetapi jika anda menganggap bahawa:
- malah satu foton CMB mempunyai tenaga berjuta-juta kali lebih banyak;
- 411 foton ini per sentimeter padu ruang kekal selepas Big Bang;
- mereka bergerak pada kelajuan cahaya, bertembung 10 trilion kali sesaat pada setiap sentimeter padu;
malah lubang hitam terpencil yang jauh di ruang intergalaksi akan menunggu sehingga alam semesta matang hingga 10 (hingga kekuatan 20) tahun - satu bilion kali dari usia sekarang - sebelum kadar pertumbuhan lubang hitam jatuh di bawah kadar radiasi Hawking.
Tetapi mari kita bermain permainan. Andaikan anda tinggal di ruang intergalaksi, jauh dari bahan biasa dan benda gelap, jauh dari semua sinar kosmik, sinaran bintang dan neutrino, dan anda hanya mempunyai foton dari Big Bang untuk berbual. Berapa besar lubang hitam anda perlu untuk kadar penyejatan (radiasi Hawking) dan penyerapan foton oleh lubang hitam anda (pertumbuhan) untuk menyeimbangkan satu sama lain?
Jawapannya diperoleh dalam wilayah 10 (hingga kekuatan 23) kg, iaitu kira-kira dengan jisim planet Merkurius. Sekiranya Merkuri adalah lubang hitam, berdiameter setengah milimeter dan memancarkan sekitar 100 trilion kali lebih cepat daripada lubang hitam berjisim suria. Dengan jisim ini di alam semesta kita, lubang hitam akan menyerap radiasi gelombang mikro sebanyak yang hilang dalam proses penyinaran Hawking.
Tetapi jika anda mahukan lubang hitam yang realistik, anda tidak boleh mengasingkannya dari sisa benda di alam semesta. Lubang hitam, walaupun dikeluarkan dari galaksi, masih terbang melalui medium intergalaksi, bertembung dengan sinar kosmik, cahaya bintang, neutrino, bahan gelap dan semua jenis zarah, besar dan tidak berjisim. Latar belakang gelombang mikro kosmik tidak dapat dielakkan ke mana sahaja anda pergi. Lubang hitam sentiasa memakan bahan dan tenaga dan tumbuh dalam jisim dan saiz. Ya, mereka juga mengeluarkan tenaga, tetapi untuk semua lubang hitam di Alam Semesta kita mulai habis lebih cepat daripada yang tumbuh, ia akan memakan masa sekitar 100 quintillion tahun.
Dan penyejatan akhir akan memerlukan lebih banyak lagi.
Ilya Khel
