Transcript Mustade aukude saladused. Art
Slide 1
Mustade aukude saladused
Tallinna Tehnika Gümnaasium
12B klass
Art-Mihkel Tedrema
Slide 2
Mis on must auk ?
• Must auk on ruumipiirkond (objekt), mille gravitatsioon
on nii suur, et ei miski , isegi valgus, ei pääse sellest
välja.
• Seda tekitab piisavalt suure massi olemasolu piiratud
ruumiosas.
• Must auk koosneb kahest osast, milleks on singulaarsus
ja sündmuste horisont.
Slide 3
Musta augu sünd:
• Väiksemad mustad augud tekivad, kui piisava suurusega
täht tekitab oma gravitatsiooni mõjul oma sisemuses nii
suure rõhu, et taevakeha paokiirus hakkab lähenema
valguse kiirusele.
• Mitte mingi rõhk ei suuda raskusjõule vastu seista ja
üldrelatiivsusteooria järgi vajub täht kokku peaaegu
punktiks, singulaarsuseks. (Singulaarsus on koht, kus
aegruumi kõverus on lõpmatu ja aine tihedus on lõpmatu
suur). Varisemine kestab ainult sekundi murdosa.
• Kui astronoomid on väikeste mustade aukude tekke
saladuse lahendanud, siis suured mustad augud on
jäänud müsteeriumiks.
Slide 4
Musta augu sünd:
• Kauge vaatleja näeb musta augu tekkimisel järgmist pilti:
gravitatsioonijõu mõjul suure hooga tsentri poole
kokkulangeva tähe raadius väheneb kiiresti. Kuid mida
lähemale jõuab raadius Schwarzschildi raadiuseni, seda
rohkem tähe kokkutõmbumine aeglustub.
• Schwarzschildi musta augu (s.o. mittepöörlev,
elektriliselt neutraalne, kuid kindla massiga must auk)
puhul nimetatakse sündmuste horisondi (aegruumi
selliste punktide kogum, kus aja kulg eemaloleva
vaatleja jaoks jääb seisma) raadiust Schwarzschildi
raadiuseks: R = 2*M*G / cˇ2
• M – musta augu mass G – gravitatsioonikonstant c –
valguse kiirus
Slide 5
Näitega seletus:
• Kui viskad palli Maa pinnalt õhku, võid kindel olla, et, kui
pall jõuab teatud kõrguseni, kukub ta tagasi maapinnale.
Mida kõrgemale palli visata, seda kõrgemale ta lendab,
sest pall saab visates suurema kiiruse.
Kui pall saaks kiiruse 40 000 km/h, siis ületaks jõud,
millega me palli üles tõukame, Maa külgetõmbejõu ja
pall lendaks kosmosesse.
• Kui aga Maa suruda kokku pisikeseks 1 sentimeetrise
läbimõõduga keraks, ilma, et Maa ainest midagi kaotsi
läheks, siis suureneb Maa külgetõmbejõud nii suureks,
et Maa muutub musta augu sarnaseks. Ta hakkab
ülisuure jõuga kõiki asju enda külge tõmbama. Isegi
valgus ei pääseks niisugusest mustast august läbi.
Slide 6
Slide 7
Veel põnevat:
• Kui maa sees on auk, millest meil on villand, ajame selle
täis, ja seda ei ole enam. Kui tegemist on musta auguga,
siis – mida enam me sellesse miskit loobime, seda
suuremaks see auk läheb. Et musta auku täis ajada,
tuleb sellest ainet välja võtta. Kuna see pole võimalik,
saavad mustad augud ainult kasvada.
• Musta augu raadius, täpsemini – gravitatsiooniline
raadius (ehk sündmuste vaatlemise piir ehk
singulaarsuse piir ehk lõkspind) on lihtsalt võrdeline
musta augu massiga.
Slide 8
Kuidas näha musta auku ?
• Musti auke on kosmosest teleskoobiga väga raske leida.
Neid avastatakse mõju järgi mida nad teistele
taevakehadele avaldavad.
• Mustade aukude otsimiseks on soovitatud kolme
moodust, millest praegusel hetkel on rakendamiskõlblik
minu powerpointis viimane variant.
• Esimene moodus põhineb üksiku musta augu võimel
neelata ümbritsevast ruumist gaase. Langev gaas
kuumeneb ja hakkab tugevasti kiirgama.
Slide 9
Kuidas näha musta auku(2)?
• Teise meetodi puhul otsitakse kaksiktähti, mille üks
komponent on nähtav täht ja teine nähtamatu. Kui
nähtamatu tähe mass on küllalt suur võib ta olla must
auk. Raskusi valmistab aga see, et nähtamatu kaaslane
võib olla harilik täht, mida ei saa näha näiteks
sellepärast, et ta on väga nõrga valgusega, tolmupilve
taga vms.
• Kolmas meetod, samuti nagu esimenegi, põhineb aine
voolamisel musta auku. Siin pole aga auk
maailmaruumis üksi, vaid kaksiktähe osa. Naabertähest
võib voolata musta augu poole suurel hulgal gaasi, mis
moodustab augu ümber ägedasti põleva ketta. Ketas
kiirgab intensiivselt röntgenkiiri.
Slide 10
Slide 11
Musta augu ehitus
• Mittepöörlev must auk koosneb kesksest singulaarsusest ja seda
ümbritsevast kerakujulisest sündmuste horisondist. Sündmuste
horisont on raja, millest seespoolt lähtuvad signaalid (valgus,
osakesed jms.) ei pääse välja. Teda saab läbida ainult ühes suunas
– sissepoole. Sündmuste horisonti võib nimetada musta augu
pinnaks. Horisondi kaugus singulaarsusest on 3 km, korrutatud
Päikese massides väljendatud tähe massiga.
• Pöörleva musta augu ümber moodustub veel teinegi horisont, nn.
statsionaarsusraja, mis on kokku surutud augu pooluste kohalt, kuid
ekvaatoril ulatub veidi väljapoole sündmuste horisonti. Nende kahe
horisondi vahel asetseb nn. ergosfäär, kus miski ei saa püsida
paigal, vaid kõik pöörleb augu ümber viimase pöörlemissuunas.
Erinevalt sündmuste horisondi sisepoolest saab ergosfäärist
pääseda tagasi auguvälisesse ruumi.
Slide 12
Kui palju on Linnutees musti
auke?
• Tähtede arenguloost teame juba niipalju, et võime
hinnata, mitu massiivset tähte on kulutanud oma
tuumaenergia lõpuni Linnutee eluea jooksul, umbes 10
miljardi aastaga. Tulemuseks on saadud, et Linnutees
peaks praegusel hetkel olema umbes miljard
tähtedest tekkinud musta auku.
• Keskmiselt kümne aasta jooksul peaks üks täht mustaks
auguks varisema.
Slide 13
Mustade aukude saladus:
• Füüsikud Thibault Damour ja Sergei Soloduhhin
väidavad, et mustade aukudena tuntud kosmilised
objektid võivad enesest tegelikult kujutada väravaid
teistesse universumitesse ehk nõndanimetatud kosmilisi
ussiauke.
• Must auk kujutab enesest sedavõrd tugeva
gravitatsiooniväljaga objekti, et selle haardest ei suuda
põgeneda isegi mitte valgus ning üldtunnustatud teooria
kohaselt peaksid mustad augud tekkima alati, kui ainet
surutakse piisavalt tugevasti kokku.
• Kui kujutada universumit ette kahemõõtmelise lehena,
siis oleks ussiauk justkui toru, mis ühendab kahte
erinevat lehte ehk siis kahte erinevat universumit kõigi
oma lugematute tähtede, planeetide ja galaktikatega.
Slide 14
Slide 15
Mis juhtub raketiga, kui ta sukeldub
pöörlevasse musta auku?
• Vaatame, mis juhtub raketiga, kui ta sukeldub pöörlevasse musta
auku. Läbides sündmuste horisondi on astronautidel mitu võimalust.
• 1) Kui nad liiguvad singulaarsuse poole piki selle
ekvatoriaaltasapinda, tabab raketti sama saatus, mis mittepöörleva
musta augu puhul ehk loodejõud kisub raketti koos reisijatega
tükkideks.
• 2) Kui astronaudid lähenevad singulaarsusele mingi nurga all selle
ekvatoriaaltasapinnaga, siis satuvad nad läbi rõngakujulise
singulaasuse antigravitatsioonimaailma (negatiivsesse universumi).
• 3) Astronautidel on ka kolmas võimalus: kalduda singulaarsusest
kõrvale, pöörduda tagasi ja väljuda läbi sündmuste horisondi
tavalisse, kuid nüüd juba tuleviku universumi. Pärast seda võivad
astronaudid kas jääda sellesse tuleviku universumi, külastades
sealseid planeete, või tagasi pöörduda musta auku ja jällegi teha
valik samade 3 võimaluse vahel.
• Ehk meie astronautidest on saanud ajarändurid.
Slide 16
Slide 17
Kasutatud materjal:
• http://www.postimees.ee/?id=159538
• http://www.kadrina.edu.ee/andres/mm.php
?menu=1&id=12
• http://images.google.ee/imgres?imgurl=htt
p://sprott.physics.wisc.edu/pickover/embe
d.jpg&imgrefurl
• Ja palju muid kohti...
Mustade aukude saladused
Tallinna Tehnika Gümnaasium
12B klass
Art-Mihkel Tedrema
Slide 2
Mis on must auk ?
• Must auk on ruumipiirkond (objekt), mille gravitatsioon
on nii suur, et ei miski , isegi valgus, ei pääse sellest
välja.
• Seda tekitab piisavalt suure massi olemasolu piiratud
ruumiosas.
• Must auk koosneb kahest osast, milleks on singulaarsus
ja sündmuste horisont.
Slide 3
Musta augu sünd:
• Väiksemad mustad augud tekivad, kui piisava suurusega
täht tekitab oma gravitatsiooni mõjul oma sisemuses nii
suure rõhu, et taevakeha paokiirus hakkab lähenema
valguse kiirusele.
• Mitte mingi rõhk ei suuda raskusjõule vastu seista ja
üldrelatiivsusteooria järgi vajub täht kokku peaaegu
punktiks, singulaarsuseks. (Singulaarsus on koht, kus
aegruumi kõverus on lõpmatu ja aine tihedus on lõpmatu
suur). Varisemine kestab ainult sekundi murdosa.
• Kui astronoomid on väikeste mustade aukude tekke
saladuse lahendanud, siis suured mustad augud on
jäänud müsteeriumiks.
Slide 4
Musta augu sünd:
• Kauge vaatleja näeb musta augu tekkimisel järgmist pilti:
gravitatsioonijõu mõjul suure hooga tsentri poole
kokkulangeva tähe raadius väheneb kiiresti. Kuid mida
lähemale jõuab raadius Schwarzschildi raadiuseni, seda
rohkem tähe kokkutõmbumine aeglustub.
• Schwarzschildi musta augu (s.o. mittepöörlev,
elektriliselt neutraalne, kuid kindla massiga must auk)
puhul nimetatakse sündmuste horisondi (aegruumi
selliste punktide kogum, kus aja kulg eemaloleva
vaatleja jaoks jääb seisma) raadiust Schwarzschildi
raadiuseks: R = 2*M*G / cˇ2
• M – musta augu mass G – gravitatsioonikonstant c –
valguse kiirus
Slide 5
Näitega seletus:
• Kui viskad palli Maa pinnalt õhku, võid kindel olla, et, kui
pall jõuab teatud kõrguseni, kukub ta tagasi maapinnale.
Mida kõrgemale palli visata, seda kõrgemale ta lendab,
sest pall saab visates suurema kiiruse.
Kui pall saaks kiiruse 40 000 km/h, siis ületaks jõud,
millega me palli üles tõukame, Maa külgetõmbejõu ja
pall lendaks kosmosesse.
• Kui aga Maa suruda kokku pisikeseks 1 sentimeetrise
läbimõõduga keraks, ilma, et Maa ainest midagi kaotsi
läheks, siis suureneb Maa külgetõmbejõud nii suureks,
et Maa muutub musta augu sarnaseks. Ta hakkab
ülisuure jõuga kõiki asju enda külge tõmbama. Isegi
valgus ei pääseks niisugusest mustast august läbi.
Slide 6
Slide 7
Veel põnevat:
• Kui maa sees on auk, millest meil on villand, ajame selle
täis, ja seda ei ole enam. Kui tegemist on musta auguga,
siis – mida enam me sellesse miskit loobime, seda
suuremaks see auk läheb. Et musta auku täis ajada,
tuleb sellest ainet välja võtta. Kuna see pole võimalik,
saavad mustad augud ainult kasvada.
• Musta augu raadius, täpsemini – gravitatsiooniline
raadius (ehk sündmuste vaatlemise piir ehk
singulaarsuse piir ehk lõkspind) on lihtsalt võrdeline
musta augu massiga.
Slide 8
Kuidas näha musta auku ?
• Musti auke on kosmosest teleskoobiga väga raske leida.
Neid avastatakse mõju järgi mida nad teistele
taevakehadele avaldavad.
• Mustade aukude otsimiseks on soovitatud kolme
moodust, millest praegusel hetkel on rakendamiskõlblik
minu powerpointis viimane variant.
• Esimene moodus põhineb üksiku musta augu võimel
neelata ümbritsevast ruumist gaase. Langev gaas
kuumeneb ja hakkab tugevasti kiirgama.
Slide 9
Kuidas näha musta auku(2)?
• Teise meetodi puhul otsitakse kaksiktähti, mille üks
komponent on nähtav täht ja teine nähtamatu. Kui
nähtamatu tähe mass on küllalt suur võib ta olla must
auk. Raskusi valmistab aga see, et nähtamatu kaaslane
võib olla harilik täht, mida ei saa näha näiteks
sellepärast, et ta on väga nõrga valgusega, tolmupilve
taga vms.
• Kolmas meetod, samuti nagu esimenegi, põhineb aine
voolamisel musta auku. Siin pole aga auk
maailmaruumis üksi, vaid kaksiktähe osa. Naabertähest
võib voolata musta augu poole suurel hulgal gaasi, mis
moodustab augu ümber ägedasti põleva ketta. Ketas
kiirgab intensiivselt röntgenkiiri.
Slide 10
Slide 11
Musta augu ehitus
• Mittepöörlev must auk koosneb kesksest singulaarsusest ja seda
ümbritsevast kerakujulisest sündmuste horisondist. Sündmuste
horisont on raja, millest seespoolt lähtuvad signaalid (valgus,
osakesed jms.) ei pääse välja. Teda saab läbida ainult ühes suunas
– sissepoole. Sündmuste horisonti võib nimetada musta augu
pinnaks. Horisondi kaugus singulaarsusest on 3 km, korrutatud
Päikese massides väljendatud tähe massiga.
• Pöörleva musta augu ümber moodustub veel teinegi horisont, nn.
statsionaarsusraja, mis on kokku surutud augu pooluste kohalt, kuid
ekvaatoril ulatub veidi väljapoole sündmuste horisonti. Nende kahe
horisondi vahel asetseb nn. ergosfäär, kus miski ei saa püsida
paigal, vaid kõik pöörleb augu ümber viimase pöörlemissuunas.
Erinevalt sündmuste horisondi sisepoolest saab ergosfäärist
pääseda tagasi auguvälisesse ruumi.
Slide 12
Kui palju on Linnutees musti
auke?
• Tähtede arenguloost teame juba niipalju, et võime
hinnata, mitu massiivset tähte on kulutanud oma
tuumaenergia lõpuni Linnutee eluea jooksul, umbes 10
miljardi aastaga. Tulemuseks on saadud, et Linnutees
peaks praegusel hetkel olema umbes miljard
tähtedest tekkinud musta auku.
• Keskmiselt kümne aasta jooksul peaks üks täht mustaks
auguks varisema.
Slide 13
Mustade aukude saladus:
• Füüsikud Thibault Damour ja Sergei Soloduhhin
väidavad, et mustade aukudena tuntud kosmilised
objektid võivad enesest tegelikult kujutada väravaid
teistesse universumitesse ehk nõndanimetatud kosmilisi
ussiauke.
• Must auk kujutab enesest sedavõrd tugeva
gravitatsiooniväljaga objekti, et selle haardest ei suuda
põgeneda isegi mitte valgus ning üldtunnustatud teooria
kohaselt peaksid mustad augud tekkima alati, kui ainet
surutakse piisavalt tugevasti kokku.
• Kui kujutada universumit ette kahemõõtmelise lehena,
siis oleks ussiauk justkui toru, mis ühendab kahte
erinevat lehte ehk siis kahte erinevat universumit kõigi
oma lugematute tähtede, planeetide ja galaktikatega.
Slide 14
Slide 15
Mis juhtub raketiga, kui ta sukeldub
pöörlevasse musta auku?
• Vaatame, mis juhtub raketiga, kui ta sukeldub pöörlevasse musta
auku. Läbides sündmuste horisondi on astronautidel mitu võimalust.
• 1) Kui nad liiguvad singulaarsuse poole piki selle
ekvatoriaaltasapinda, tabab raketti sama saatus, mis mittepöörleva
musta augu puhul ehk loodejõud kisub raketti koos reisijatega
tükkideks.
• 2) Kui astronaudid lähenevad singulaarsusele mingi nurga all selle
ekvatoriaaltasapinnaga, siis satuvad nad läbi rõngakujulise
singulaasuse antigravitatsioonimaailma (negatiivsesse universumi).
• 3) Astronautidel on ka kolmas võimalus: kalduda singulaarsusest
kõrvale, pöörduda tagasi ja väljuda läbi sündmuste horisondi
tavalisse, kuid nüüd juba tuleviku universumi. Pärast seda võivad
astronaudid kas jääda sellesse tuleviku universumi, külastades
sealseid planeete, või tagasi pöörduda musta auku ja jällegi teha
valik samade 3 võimaluse vahel.
• Ehk meie astronautidest on saanud ajarändurid.
Slide 16
Slide 17
Kasutatud materjal:
• http://www.postimees.ee/?id=159538
• http://www.kadrina.edu.ee/andres/mm.php
?menu=1&id=12
• http://images.google.ee/imgres?imgurl=htt
p://sprott.physics.wisc.edu/pickover/embe
d.jpg&imgrefurl
• Ja palju muid kohti...