Астрономия

Оё суръати чарх задани сурохи сиёҳ ба хусусияти физикӣ мувофиқат мекунад?

Оё суръати чарх задани сурохи сиёҳ ба хусусияти физикӣ мувофиқат мекунад?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Агар давраи оммавӣ ва мадорӣ барои ду ситораи нейтронӣ қабл аз фурӯ рафтан ба сӯрохи сиёҳ маълум бошад ва суръати чархзанӣ пас аз фурӯпошӣ маълум бошад, масалан 100 гардиш дар як сония, бо математикӣ бо радиуси муайян вобастагӣ хоҳад дошт.

Оё ин радиус бо хусусияти физикии сӯрохи сиёҳ, ба монанди сатҳи ҳамбастагӣ дорад? Оё ин радиус дар байни радиуси ҷисми физикӣ ва радиуси Шваршшильд меафтад? Оё ин бузургтарин, мобайнӣ ё хурдтарин аз инҳост?


Барои чарх задани сурохи сиёҳ дар меҳвари худ чӣ қадар вақт лозим аст?

Агар шумо як раққосаро дар болои яхмолакҳои чархзананда дидед, ки дастҳояшонро ба дарун кашида ва бо ин тезтар чарх мезанад, шумо қонунҳои физикии оламро дар амал дидаед. Дар ин ҳолат нигоҳдории импулси кунҷӣ. Бо ситораи афтода гардиши мулоими моддаи он ҳангоми ситораи калон ё гази галактикӣ ҳангоми афтиданаш нигоҳ дошта мешавад ва чарх ба суръати хашмгин меафзояд ва ҳатто ба суръати рӯшноӣ наздик мешавад. Дар як ҳолат, омӯзиши сӯрохи сиёҳи фавқулодда дар бурҷи Форнакс нишон дод, ки он аз чор панҷ ҳиссаи суръати рӯшноиро чарх мезанад - қариб 700 миллион мил дар як соат. Дар робита ба гардишҳо дар як сония, сӯрохиҳои сиёҳ ва ситораҳои нейтрон ҳисоб мекунанд, ки дар даҳҳо-садҳо-тақрибан ҳазор маротиба дар як сония чарх мезананд. Дар хотир доред, ки ҷисми калонтаре лозим намеояд, ки дар як сония шумораи суръатро чанд маротиба чарх занад, то ба сатҳи рӯшноӣ дар сатҳи худ расад, ашёе, ки давраш 3000 км хоксор аст, танҳо дар сония 100 маротиба чарх занад, то ба суръати рӯшноӣ баробар шавад.


Сӯрохи сиёҳи фавқулодда зуд чарх мезанад

Дар консепсияи ин рассом сӯрохи сиёҳи азимҷусса бо диски афзоиши гарм иҳота шудааст, дар ҳоле ки баъзе маводҳои илҳомбахш ба ҳавопаймои кабуди ҳушдор ворид карда мешаванд. Андозагирии нав нишон медиҳад, ки сурохии сиёҳ дар маркази галактикаи NGC 1365 ба суръати ҳадди аксар имконпазир чарх мезанад. Ин аз он шаҳодат медиҳад, ки он на тавассути фурӯ рафтани бамбҳои тасодуфии газ ва ситорагон тавассути "афзоиши фармоишӣ" афзоиш ёфтааст. Қарз: NASA / JPL-Caltech

Тасаввур кунед, ки дар тӯли зиёда аз 2 миллион мил - ҳашт маротиба аз масофа аз Замин то Моҳ - чунон чарх мезанад, ки сатҳи он тақрибан бо суръати нур ҳаракат мекунад. Чунин объект мавҷуд аст: сӯрохи сиёҳи супермассив дар маркази галактикаи спиралии NGC 1365.

Астрономҳо суръати чарх задани онро ба воситаи маълумоти нав аз массиви телескопи ҳастаӣ ё NuSTAR ва моҳвораҳои рентгении Агентии кайҳонии XMM-Newton чен карданд.

"Ин бори аввал аст, ки касе чарх задани сурохии супермассивиро дақиқ чен мекунад" гуфт муаллифи сарвар Гидо Рисалитӣ аз Маркази астрофизикаи Ҳарвард-Смитсон (CfA) ва INAF - Расадхонаи Арсетри.

Ин тадқиқот дар шумораи 28 феврали маҷалла нашр мешавад Табиат, ва дар телеконфронси расонаҳои НАСА рӯзи 27 феврал намоиш дода шуд.

Ҷозибаи сурохии сиёҳ ба андозае қавӣ аст, ки ҳангоми чарх задани сӯрохи сиёҳ фазои атрофро кашолакунӣ мекунад. Канори ин сӯрохи чархзананда уфуқи ҳодиса номида мешавад. Ҳар гуна маводе, ки аз уфуқи ҳодиса мегузарад, ба сӯрохи сиёҳ кашида мешавад. Моддаи илҳомбахш ба диски аккреционӣ ҷамъ мешавад ва дар он ҷо соиш онро гарм мекунад ва боиси шуоъҳои рентгенӣ мегардад.

Рисалитӣ ва ҳамкорони ӯ шуоъҳои рентгениро аз маркази NGC 1365 чен карданд, то канори дарунии диски афзоиш ҷойгир шаванд. Ин мадори мудаввари даврии мӯътадил - нуқтаи баргаштанашавандаи диск аз чарх задани сурохи сиёҳ вобаста аст. Азбаски сӯрохи сиёҳи чархзананда фазоро тахриф мекунад, маводи диск метавонад пеш аз ҷабидан ба сӯрохи сиёҳ наздик шавад.

Олимон суръати чарх задани сӯрохиҳои сиёҳи супермассивро бо паҳн кардани нури рентгенӣ ба рангҳои гуногун чен мекунанд. Равшанӣ аз диски афзоишёбанда пайдо мешавад, ки дар атрофи сӯрохиҳои сиёҳ чарх мезананд, тавре ки дар ҳарду консепсияи рассом нишон дода шудааст. Онҳо барои омӯхтани ин рангҳо телескопҳои рентгении рентгениро истифода мебаранд ва аз ҷумла, "изи ангушт" -и оҳанро меҷӯянд - қуллаи дар ҳарду граф нишон додашуда, ё спектрҳо - то бубинанд, ки чӣ қадар тез аст. Модели "гардиш", ки дар боло нишон дода шуда буд, нишон дод, ки хусусияти оҳан бо таъсири таҳрифкунандаи таъсири вазнинии сӯрохи сиёҳ паҳн мешавад. Агар ин модел дуруст мебуд, пас миқдори таҳрифшуда дар хусусияти оҳан бояд суръати чархиши сурохии сиёҳро ошкор кунад. Модели алтернативӣ ба он ишора мекард, ки абрҳои тира дар наздикии сурохи сиёҳ хати оҳанро ба таври сунъӣ таҳриф мекунанд. Агар ин модел дуруст мебуд, маълумотро барои чен кардани чархиши сурохии сиёҳ истифода бурдан мумкин набуд. NuSTAR ба ҳалли қазия кумак кард ва модели алтернативии "абри тира" -ро рад кард. Қарз: NASA / JPL-Caltech.

Астрономҳо мехоҳанд чарх задани сурохии сиёҳро бо чанд сабаб донанд. Аввал физикӣ - танҳо ду рақам сурохии сиёҳро муайян мекунанд: масса ва чарх. Бо омӯхтани ин ду рақам, шумо ҳама чизро дар бораи сурохии сиёҳ медонед.

Муҳимтар аз ҳама, чарх задани сӯрохи сиёҳ ба гузаштаи худ ва бо васеъ кардани эволютсияи галактикаи соҳибаш маълумот медиҳад.

"Чархи сурохи сиёҳ хотира, сабтест аз таърихи гузаштаи галактика дар маҷмӯъ," шарҳ дод Рисалитӣ.

Гарчанде ки сурохии сиёҳ дар NGC 1365 айни замон ба андозаи якчанд миллион Офтоб азим аст, аммо он қадар калон таваллуд нашудааст. Он дар тӯли миллиардҳо сол тавассути ситонидани ситораҳо ва газ ва якҷоя шудан бо дигар сӯрохиҳои сиёҳ афзоиш ёфт.

Чарх аз интиқоли импулси кунҷӣ, ба мисли бозӣ дар босуръати кӯдакон ба амал меояд. Агар шумо ҳангоми лағжиш дар лаҳзаҳои тасодуфӣ лагад занед, шумо ҳеҷ гоҳ баланд нахоҳед шуд. Аммо агар шумо дар оғози ҳар як пастравӣ лагад занед, шумо ҳангоми баланд бардоштани импулси кунҷӣ баландтар ва баландтар хоҳед шуд.

Ба ин монанд, агар сӯрохи сиёҳ бо роҳи кашидани моддаҳо аз ҳар сӯ ба таври тасодуфӣ афзоиш ёбад, гардиши он паст хоҳад буд. Азбаски чархиши он ба ҳадди аксар наздик аст, сурохии сиёҳ дар NGC 1365 бояд тавассути "афзоиши фармоишӣ" афзоиш ёбад, на якчанд ҳодисаҳои тасодуфӣ.

Омӯзиши сурохи сиёҳи супермассивӣ инчунин ба назариётчиён имкон медиҳад, ки назарияи умумии нисбии Эйнштейнро дар шароити шадид бисанҷанд. Нисбият тасвир мекунад, ки чӣ гуна ҷозиба ба сохтори фазо-замон таъсир мерасонад ва дар ҳеҷ куҷо вақти фазо нисбат ба наздикии сӯрохи сиёҳ бештар таҳриф намешавад.

Гурӯҳ инчунин мушоҳидаҳои иловагии NGC 1365 дорад, ки онҳо омӯзиш хоҳанд кард, то муайян кунанд, ки чӣ гуна шароити ғайр аз чарх задани сурохии сиёҳ бо мурури замон тағир меёбад. Ин маълумот ҳоло таҳлил карда мешавад. Дар айни замон, гурӯҳҳои дигар якчанд сӯрохиҳои сиёҳро бо NuSTAR ва XMM-Newton мушоҳида мекунанд.

Идораи марказии Кембриҷи Массачусетс, Маркази астрофизикаи Ҳарвард-Смитсон (CfA) ҳамкории муштараки Расадхонаи Астрофизикии Смитсон ва Расадхонаи Коллеҷи Ҳарвард мебошад. Олимони CfA, ки дар шаш бахши тадқиқотӣ муттаҳид шудаанд, пайдоиш, эволютсия ва сарнавишти ниҳоии оламро меомӯзанд.


Оё сурохии сиёҳ сатҳи рӯи замин дорад?

Бале. Дақиқтараш, уфуқи сурохӣ мекунад. Нигаред ба поён.

Не. Ин майдони сатҳи кура мебошад, ки он аст нишонгузорӣ кардааст координати радиалӣ ## R_s ##. Ин рақам не радиуси воқеии геометрии он соҳа дар асл, он кура, уфуқ, ба маънои оддӣ радиуси геометрӣ надорад. , зеро он ягон маркази геометрӣ надорад. Сӯрохи сиёҳ танҳо як объекти курашакл нест, ки дар фазои оддии Евклид нишастааст.

Ин формула ба шумо мегӯяд, ки чӣ гуна ҳисоб кардани ## R_s ##, ҳа. Аммо он ба шумо намегӯяд, ки чӣ гуна ## R_s ##, геометрӣ муайян карда мешавад. Ин ба шумо намегӯяд, ки ## R_s ## радиуси геометрии ҳама чиз аст. Он танҳо ба шумо мегӯяд, ки чӣ гуна ҳисоб кардани рақам.

Барои дидани он ки воқеан ## R_s ## чӣ маъно дорад, шумо бояд ба метрикӣ назар афканед, ва он чизеро, ки кадом 2-сфера уфуқи сӯрох аст, муайян кунед ва шумо бояд бубинед, ки кадом 2-сфера чӣ гуна хосиятҳои геометрӣ дорад. Вақте ки ҳамаи ин чизҳоро аз назар мегузаронед, шумо мефаҳмед, ки, тавре қаблан гуфта будам, ## R_s ## радиуси геометрии уфуқ нест, он танҳо як нишонаи координат аст. Хусусияти геометрӣ, ки воқеан уфуқро тавсиф мекунад, майдони он аст.


Пайвандҳо

Институти Бирмингем оид ба астрономияи мавҷҳои ҷозиба ва Мактаби физика ва астрономия, Донишгоҳи Бирмингем, Бирмингем, B15 2TT, Бритониё

Фарр, Саймон Стивенсон, Иля Мандел ва amp Алберто Векчио

Институти физикаи назариявии Кавли, Санта Барбара, 93106, Калифорния, ИМА

Саймон Стивенсон ва amp Илья Мандел

Департаменти астрономия ва Институти муштараки кайҳонӣ-илмӣ, Донишгоҳи Мэриленд, College Park, 20742-2421, Мэриленд, ИМА

Институти Энрико Ферми ва Институти физикаи космологӣ, Донишгоҳи Чикаго, Чикаго, 60637, Иллинойс, ИМА


Адабиёт

Eckart, A. & amp Genzel, R. Мушоҳидаҳои ҳаракатҳои дурусти ситорагон дар назди Маркази Галактикӣ. Табиат 383, 415–417 (1996).

Genzel, R., Eisenhauer, F. & amp Gillessen, S. Маркази Galactic сӯрохи азими сиёҳ ва кластерҳои ҳастаӣ. Ваҳй Мод. Ҷисмонӣ 82, 3121–3195 (2010).

Doeleman, S. S. et al. Сохтори миқёси ҳодиса-уфуқӣ дар номзади сӯрохи сиёҳ дар Маркази Галактикӣ. Табиат 455, 78–80 (2008).

Goddi, C. ва диг. BlackHoleCam: физикаи бунёдии Маркази Галактикӣ. Int. Ҷ. Мод Ҷисмонӣ Д. 26, 1730001–1730239 (2017).

Broderick, A. E., Johannsen, T., Loeb, A. & amp Psaltis, D. Озмоиши теоремаи бе мӯй бо мушоҳидаҳои телескопи Event Horizon аз Sagittarius A *. Астрофиз. Ҷ. 784, 7 (2014).

Йохансен, Т. Санҷиши теоремаи мӯи сар бо мушоҳидаҳои сӯрохиҳои сиёҳ дар спектри электромагнитӣ. Синф. Миқдор. Грав. 33, 124001 (2016).

Каннингем, C. Т. & amp Бардин, Ҷ. M. Намуди оптикии ситорае, ки дар сӯрохи сиёҳи шадиди Керр давр мезанад. Астрофиз. Ҷ. 183, 237–264 (1973).

Люминет, Ҷ.-П. Тасвири сурохи сиёҳи курашакл бо диски тунуки афзоиш. Astron. Астрофиз. 75, 228–235 (1979).

Falcke, H., Melia, F. & amp Agol, E. Дидани сояи сӯрохи сиёҳ дар Маркази Галактикӣ. Астрофиз. Ҷ. Летт. 528, L13-L16 (2000).

Dexter, J., Agol, E. & amp Fragile, P. C. Шӯълаҳои миллиметр ва равшаниҳои VLBI аз симулясияҳои релятивистии афзоиши магнитизм ба сӯрохи сиёҳи Маркази Galactic. Астрофиз. Ҷ. Летт. 703, L142-L146 (2009).

Mościbrodzka, M., Falcke, H., Shiokawa, H. & amp Gammie, C. F. Зоҳиран мушоҳида шудани ҷараёнҳои аккредитатсионии бесамар дар реаксияҳои 3D GRMHD: татбиқ ба Қавс А *. Astron. Астрофиз. 570, A7 (2014).

Chan, C.-K., Psaltis, D., Özel, F., Narayan, R. & amp Sadowski, A. Қудрати тасвир: маҳдуд кардани хосиятҳои плазмаии тарҳсозии GRMHD бо истифода аз мушоҳидаҳои EHT аз Sgr A *. Астрофиз. Ҷ. 799, 1 (2015).

Gold, R., McKinney, J. C., Johnson, M. D. & amp Doeleman, S. S. Забон кардани сохтори майдони магнитӣ дар Sgr A * дар тарозуи уфуқи сурохи сиёҳ бо симулятсияҳои интиқоли радиатсионии қутбӣ. Астрофиз. Ҷ. 837, 180 (2017).

Порт, О ва диг. Рамзи афзоиши сурохии сиёҳ. Ҳисоб. Астрофиз. Cosmol. 4, 1 (2017).

Rezzolla, L. & amp Zhidenko, A. Параметризатсияи нав барои сӯрохиҳои сиёҳи симметрӣ дар назарияҳои ҷозибаи метрикӣ. Ҷисмонӣ Ваҳй Д. 90, 084009 (2014).

Broderick, A. E., Fish, V. L., Doeleman, S. S. & amp Loeb, A. Далелҳо барои чарх задани сурохи паси сиёҳ ва моделҳои афзоиши ҷисмонӣ аз мушоҳидаҳои миллиметр-VLBI Стрелец А *. Астрофиз. Ҷ. 735, 110 (2011).

Broderick, A. E. ва диг. Моделсозии ҳафт соли мушоҳидаҳои телескопии Event Horizon бо моделҳои ҷараёни аккредитатсияи радиатсионӣ. Астрофиз. Ҷ. 820, 137 (2016).

Garca, A., Galtsov, D. & amp Kechkin, O. Синфи ҳалли статсионарии осимметрии муодилаҳои соҳаи Эйнштейн - Максвелл-дилатон - аксион. Ҷисмонӣ Ваҳйи Летт. 74, 1276–1279 (1995).

Дамур, Т. & amp Поляков, A. M. Васеъшавии сатр ва принсипи камтарин. Nucl. Ҷисмонӣ Б. 423, 532–558 (1994).

Gammie, C. F., McKinney, J. C. & amp Tóth, G. Harm: нақшаи ададӣ барои магнетогидродинамикаи умумии релятивистӣ. Астрофиз. Ҷ. 589, 458 (2003).

Mościbrodzka, M. & amp Falcke, H. Модели якҷояи реактивӣ-диски барои Қавс А *: тавзеҳ додани радиои спектри ҳамвор бо моделиронии GRMHD -и реактивҳо. Astron. Астрофиз. 559, L3 (2013).

Юнси, З., Жиденко, А., Реззолла, Л., Конопля, Р. & amp Мизуно, Ю. Усули нави ҳисоббаробаркуниҳои сояӣ: татбиқ ба сӯрохиҳои параметри оксимметрӣ. Ҷисмонӣ Ваҳй Д. 94, 084025 (2016).

Бусчер, Ф. Ф. Азнавсозии мустақими аксҳои энтропияи мустақим аз биспектрум. Нашрияи IAU. P. Ser. 158, 91 (1994).

Чаел, A. A. ва диг. Аксгирии хаттии полариметрии баландсифат барои телескопи Event Horizon. Астрофиз. Ҷ. 829, 11 (2016).

Лу, Р.-С. ва диг. Тасаввур кардани уфуқи рӯйдодҳо: коҳиш додани тағирёбии манбаъҳои Қавс А *. Астрофиз. Ҷ. 817, 173 (2016).

Dexter, J. & amp O'Leary, R. M. Аҳолии хоси пулсарии парсеки марказӣ. Астрофиз. Ҷ. Летт. 783, L7 (2014).

Psaltis, D., Wex, N. & amp Kramer, M. Санҷиши миқдории теоремаи бе мӯй бо Sgr A * бо истифода аз ситораҳо, пулсарҳо ва телескопи Event Horizon. Астрофиз. Ҷ. 818, 121 (2016).

Мелиани, З. ва диг. Симулятсияҳои бозгашти сӯрохиҳои сиёҳ: тозакунии мутобиқшавӣ ва интиқоли радиатсионӣ Astron. Астрофиз. 598, A38 (2017).

Font, J. A. & amp Daigne, F. Дар бораи устувории дискҳои афзоиши ғафс дар атрофи сӯрохиҳои сиёҳ. Астрофиз. Ҷ. 581, L23-L26 (2002).

Резолла, Л. & amp Занотти, О. Гидродинамикаи релятивистӣ (Oxford Univ. Press, Oxford, 2013).

Konoplya, R., Rezzolla, L. & amp Zhidenko, A. Параметризатсияи умумии сӯрохиҳои сиёҳи осиимметрӣ дар назарияи ҷозибаи метрикӣ. Ҷисмонӣ Ваҳй Д. 93, 064015 (2016).

Йохансен, Т. & amp Псалтис, Д. Метрика барои чарх задани сурохии сиёҳи барои санҷишҳои сахти теоремаи бе мӯй мувофиқ. Ҷисмонӣ Ваҳй Д. 83, 124015 (2011).

De Laurentis, M., Younsi, Z., Porth, O., Mizuno, Y. & amp Rezzolla, L. Динамикаи зарраҳои санҷишӣ дар маҷмӯъ дар масофаҳои фазоии фазои сиёҳии симметрӣ. Пешнамоиш дар https://arxiv.org/abs/1712.00265 (2017).

Shiokawa, H., Dolence, J. C., Gammie, C. F. & amp Noble, S. C. Симулятсияҳои глобалии релятивистии магнетогидродинамикии афзоиши сурохиҳои сиёҳ: омӯзиши конвергенсия. Астрофиз. Ҷ. 744, 187 (2012).

Younsi, Z., Wu, K. & amp Fuerst, S. V. Интиқоли радиатсионии умумии релятивистӣ: ташаккул ва партоб аз тори сохташуда дар атрофи сӯрохиҳои сиёҳ. Astron. Астрофиз. 545, A13 (2012).

Boehle, A. ва диг. Арзёбии масофа ва оммавии такмилёфтаи Sgr A * аз таҳлили бисёрсатраи мадор. Астрофиз. Ҷ. 830, 17 (2016).

Mościbrodzka, M., Gammie, C. F., Dolence, J. C., Shiokawa, H. & amp Leung, P. K. Моделҳои радиатсионии Sgr A * аз симулятсияҳои GRMHD. Астрофиз. Ҷ. 706, 497–507 (2009).

Псалтис, Д. ва диг. Ҳодисаи телескопии Horizon далели мувофиқат кардани сӯрохи сиёҳ дар маркази Роҳи Каҳкашон бо диски ситоравӣ. Астрофиз. Ҷ. 798, 15 (2015).

Маррон, Д.П., Моран, Ҷ., Чжао, J.-H. & amp Rao, R. Меъёрҳои интерферометрии тағирёбандаи 340 ГГц поляризатсияи хаттӣ дар Қавс А *. Астрофиз. Ҷ. 640, 308–318 (2006).

Doeleman, S. S., Fish, V. L., Broderick, A. E., Loeb, A. & amp Rogers, A. E. E. Муайян кардани иншооти оташгирифта дар Қавс A * бо VLBI-басомади баланд. Астрофиз. Ҷ. 695, 59–74 (2009).

Лу, Р.-С. ва диг. Тасвири сояи супермассивии сурохии сиёҳ ва пойгоҳи реактивии M87 бо телескопи Event Horizon. Астрофиз. Ҷ. 788, 120 (2014).

Högbom, JA A. Синтези кушод бо тақсимоти ғайримуқаррарии заминаи интерферометр. Astron. Астрофиз. Таъмин. 15, 417 (1974).

Wang, Z., Bovik, A. C., Sheikh, H. R. & amp Simoncelli, E. P. Арзёбии сифати тасвир: аз намоёни хато то монандии сохторӣ. IEEE Trans. Раванди тасвир. 13, 600–612 (2004).


6. ХУЛОСА

Мо умедворем, ки баъзе аз ҳаяҷон дар бораи пешрафти охирин дар фаҳмиши физикаи бинарии сурохии сиёҳ ва инчунин татбиқи ин донишро дар астрофизика расонидем. Ин дастовардҳо натиҷаи кӯшишҳои устувори ҷомеаи васеи илмӣ дар тӯли солҳои зиёд мебошанд. Дар баррасии кӯтоҳ, ба таври кофӣ муаррифӣ кардани тамоми корҳои олие, ки ба вазъи кунунии дониш мусоидат кардаанд, ғайриимкон аст. Мо танҳо баъзе аз муҳимтаринҳоро, ки аз назари дурнамои мушаххаси худ дидаем, пешниҳод кардем.

Мо хонандагони манфиатдорро даъват мекунем, ки минбаъд мавзӯъро пайгирӣ кунанд. Сарчашмаҳо дар мавзӯъҳо, аз ҷумла усулҳои нисбии рақамӣ (3, 128), пешрафтҳо дар симулятсияҳои якҷояшавии сурохии сиёҳ (129), тарҳсозии сиёҳии сиёҳ барои таҳлили маълумотҳои ҷозибаи мавҷи мавҷуда [130] ва илми мавҷи ҷозиба одатан мавҷуданд (81, 131). ).


Оё суръати чарх задани сурохи сиёҳ ба хусусияти физикӣ мувофиқат мекунад? - Астрономия

COVID-19 ба бисёр муассисаҳо ва ташкилотҳо дар саросари ҷаҳон таъсир расонида, ба пешрафти таҳқиқот халал расонд. Тавассути ин вақти душвор APS ва Шарҳи ҷисмонӣ редаксия комилан муҷаҳҳаз аст ва барои дастгирии муҳаққиқон фаъолона кор карда, тавассути иҷрои тамоми вазифаҳои таҳрирӣ ва баррасии ҳамсолон ва нашри тадқиқот дар маҷаллаҳо ва кам кардани халал дар дастрасии журнал.

Мо саъю кӯшиши доимии шуморо барои кӯмак ба пешрафти илм қадр менамоем ва ба мо имкон медиҳад, ки маҷаллаҳои беҳтарини физикаи дунёро нашр кунем. Ва мо умедворем, ки шумо ва наздикони шумо дар амон ва саломатанд.

Ҳоло бисёре аз муҳаққиқон худро дур аз муассисаҳои худ кор мекунанд ва аз ин рӯ, метавонанд дар дастрасӣ ба маҷаллаҳои Physical Review мушкилот кашанд. Барои ҳалли ин масъала мо дастрасиро тавассути якчанд механизмҳои гуногун такмил медиҳем. Дастрасии берун аз шаҳрак ба Шарҳи ҷисмонӣ барои дастурҳои иловагӣ.


Метрикаи Керр ин як маҷмӯӣ ба ҷисми даврзани метрикаи Шварзшилд мебошад, ки онро Карл Шварзшилд дар соли 1915 кашф кардааст, ки геометрияи вақти фосиларо дар атрофи ҷисми бе барқ, сфера-симметрӣ ва ғайримутамарказ тасвир кардааст. Ҳалли мувофиқ барои a ситонида мешавад, ҷасади курашакл, бе гардиш, метраи Reissner-Nordström, пас аз чанде пас кашф карда шуд (1916-1918). Бо вуҷуди ин, ҳалли дақиқи бепул, даврзананда сурохии сиёҳ, метраи Керр, то соли 1963, вақте ки онро Рой Керр кашф кард, ҳалношуда монд. [1] [2]: 69-81 Тавсеаи табиӣ ба сӯрохи сиёҳи заряднок ва даврзананда, метраи Керр-Нюман, дере нагузашта соли 1965 кашф карда шуд. Ин чор ҳалли ба ҳам алоқамандро бо ҷадвали зерин ҷамъбаст кардан мумкин аст:

Ғарқшаванда (Ҷ = 0) Даврзанӣ (Ҷ ≠ 0)
Бебарқ (Савол = 0) Шварцшилд Керр
Пардохтшуда (Савол ≠ 0) Рейснер-Нордстрем Керр-Нюман

дар куҷо Савол заряди барқии баданро ифода мекунад ва Ҷ импулси кунҷии гардиши онро нишон медиҳад.

Тибқи метрикаи Керр, ҷисми даврзананда бояд кашолакунии чаҳорчӯбро нишон диҳад (инчунин бо пресексияи Lense - Thirring маъруф аст), пешгӯиҳои фарқкунандаи нисбии умумӣ. Аввалин ченаки ин таъсири кашолакунии чорчӯба дар соли 2011 тавассути озмоиши Gravity Probe B анҷом дода шудааст. Тақрибан гуфтан мумкин аст, ки ин таъсир пешгӯӣ мекунад, ки ашёе, ки ба массаи гардиш наздик мешавад, на аз рӯи ягон қувваи татбиқшаванда ё моменти эҳсосшаванда, балки аз сабаби каҷравии чархзании худи вақти фосила бо ҷисмҳои даврзананда алоқаманд хоҳад буд. . Дар сурати сӯрохи сиёҳи даврзананда, дар масофаи кофии наздик, ҳама ашё - ҳатто сабук - бояд бо сурохии сиёҳ битобед, минтақае, ки он нигоҳ дорад, эросфера номида мешавад.

Сӯрохиҳои сиёҳи даврзананда дорои сатҳҳое мебошанд, ки метриц ба назар хосиятҳои мушаххас доранд, андоза ва шакли ин сатҳҳо аз массаи сурохи сиёҳ ва импулси кунҷӣ вобастаанд. Сатҳи берунӣ эргосфераро иҳота мекунад ва шакли ба кураи ҳамвор монанд дорад. Сатҳи дохилӣ ҳодисаро нишон медиҳад уфуқи ашёе, ки ба дохили ин уфуқ мегузарад, дигар ҳеҷ гоҳ наметавонад бо ҷаҳони берун аз он уфуқ иртибот барад. Бо вуҷуди ин, ҳарду сатҳ ягонаи ҳақиқӣ нестанд, зеро ягонагии зоҳири онҳоро дар системаи дигари координатҳо бартараф кардан мумкин аст [ истинод лозим аст ]. Ҷисмҳои байни ин ду сатҳ бояд бо сӯрохи сиёҳи даврзананда якҷоя чарх зананд, тавре ки дар боло ишора рафт, ин хусусият метавонад барои гирифтани энергия аз сӯрохи сиёҳи гардиш, то энергияи оммавии тағирнашаванда, асосан истифода шавад, Mc 2 .

Озмоиши LIGO, ки бори аввал мавҷҳои ҷозибаро, ки соли 2016 эълон шуда буд, муайян кард, инчунин аввалин мушоҳидаи мустақими ҷуфти сиёҳии Керрро таъмин кард. [3]

Метрикаи Керр одатан дар яке аз ду шакл, шакли Бойер-Линдквист ва шакли Керр-Шилд ифода ёфтааст. Онро метавон бо истифода аз алгоритми Нюман-Ҷанис [4] тавассути формализми Нюман-Пенроуз (формализми спин-коэффитсиент маъруф), [5] муодилаи Эрнст, [6] ё табдили координати Эллипсоид бо истифода аз алгоритми Нюман-Ҷанис [4] ба даст овард. [7]

Ҳамоҳангсозии Boyer – Lindquist Edit

Метрикаи Керр геометрияи вақти фосиларо дар наздикии массаи M < displaystyle M> бо импулси кунҷии J < displaystyle J> давр мезанад. [8] Метрика (ё муодили унсури хати он барои вақти мувофиқ) дар координатҳои Бойер-Линдквист [9] [10]

ки дар он координатаҳои r, θ, ϕ < displaystyle r, theta, phi> координатҳои сфереалии стандартӣ мебошанд, ки ба координатҳои картезианӣ баробаранд [11] [12]

Kerr-Schild ҳамоҳангсозии Edit

Метрикаи Керрро дар шакли "Керр-Шилд" бо истифодаи маҷмӯи муайяни координатҳои декартӣ ба тариқи зайл ифода кардан мумкин аст. [13] [14] [15] Ин қарорҳо аз ҷониби Керр ва Шилд дар соли 1965 пешниҳод шуда буданд.

Аҳамият диҳед к вектори воҳид аст. Ин ҷо М массаи доимии ашёи ресандагист, η тензори Минковский мебошад ва а параметри доимии гардиши объекти ресандагист. Дарк карда мешавад, ки вектори a → < displaystyle < vec >> дар баробари меҳвари z мусбат равона шудааст. Миқдор р радиус нест, балки ба таври ғайримустақим бо муайян карда мешавад

Аҳамият диҳед, ки миқдор р ба радиуси муқаррарӣ табдил меёбад Р.

вақте ки параметрҳои даврӣ а ба сифр наздик мешавад. Дар ин шакли ҳал, воҳидҳо интихоб карда мешаванд, ки суръати рӯшноӣ ваҳдат бошад (в = 1). Дар масофаи калон аз манбаъ (Р.а), ин муодилаҳо то шакли Эдриктон-Финкельштейн метрии Шваршшильд коҳиш меёбанд.

Дар шакли Керр-Шилди метрикаи Керр, детерминанти тензори метрӣ дар ҳама ҷо ба манфӣ баробар аст, ҳатто дар наздикии манбаъ. [16]

Soliton Edit координатҳоро

Азбаски метрикаи Керр (дар якҷоягӣ бо метраи Керр-НУТ) аз ҷиҳати меҳварӣ симметрӣ аст, онро ба шакле андохтан мумкин аст, ки ба он табдил додани Белинский-Захаров татбиқ карда шавад. Аз ин бармеояд, ки сурохии сиёҳи Керр шакли солитони ҷозиба дорад. [17]

Азбаски ҳатто тафтиши мустақим дар метраи Керр ҳисобҳои сангинро дар бар мегирад, ҷузъҳои мухолифи g i k < displaystyle g ^> аз тензори метрӣ дар координатҳои Бойер-Линдквист дар зер дар ифодаи квадрати оператори чорградент оварда шудааст: [18]

Мо метрикаи Керрро (1) метавонем дар шакли зерин нависем:

Ин нишондиҳанда ба як чаҳорчӯбаи даврзании ҳамҷоя, ки бо суръати кунҷӣ ular гардиш мекунад, ки ба ҳарду радиус вобаста аст, баробар аст р ва ҳамоҳангӣ θ, ки дар он Ω уфуқи куштор номида мешавад.

Ҳамин тариқ, чаҳорчӯбаи истинод ба воситаи массаи марказии гардишшаванда барои иштирок дар гардиши охирин вогузор карда мешавад, ки онро кашолакунии кадр меноманд ва дар таҷриба санҷида шудааст. [22] Сифатан кашолакунии чорчӯбаро ҳамчун аналоги ҷозибаи индуксияи электромагнитӣ метавон баррасӣ кард. "Коньки яхбандӣ", ки дар мадори болои экватор ва даврзананда дар ҳолати истироҳат нисбат ба ситорагон аст, дастҳояшро дароз мекунад. Дасте, ки ба сӯи сурохи сиёҳ дароз карда мешавад, чарх мезанад. Дасте, ки аз сӯрохи сиёҳ дароз карда шудааст, ба танг дароварда мешавад. Аз ин рӯ, вай ба таври даврӣ ба суръат суръат мегирад, ба маънои муқобили гардиш ба сӯрохи сиёҳ. Ин баръакси он чизе аст, ки дар таҷрибаи ҳаррӯза рух медиҳад. Агар вай ҳангоми дароз кардани даст аллакай бо суръати муайян чарх занад, эффектҳои инерциалӣ ва эффектҳои кашолакунии кадр ба эътидол меоянд ва чархаш тағир намеёбад. Аз сабаби принсипи эквивалентӣ таъсири ҷозибаи маҳаллӣ аз таъсири инерсия фарқе надорад, аз ин рӯ ин суръати гардиш, ки ҳангоми дароз кардани дастонаш чизе рух намедиҳад, истиноди маҳаллии вай барои гардиш нест. Ин чаҳорчӯба нисбат ба ситораҳои собит давр мезанад ва нисбати сурохии сиёҳ баръакс. Ибораи муфид системаи фишанги сайёра мебошад, ки сурохии сиёҳ фишанги офтоб аст, яхмолакбозӣ фишанги сайёра ва олами беруна фишанги ҳалқавӣ мебошад. Инро инчунин тавассути принсипи Мач тафсир кардан мумкин аст.

Метрикаи Керр (1) дорои ду сатҳи аз ҷиҳати ҷисмонӣ мувофиқ аст, ки дар онҳо якранг ба назар мерасад. Сатҳи ботинӣ ба уфуқи ҳодисае монанд аст, ки ба метрикаи Шварзшилд мушоҳида шудааст, ки дар он ҷое рух медиҳад, ки ҷузъи радиалӣ жrr аз метрика ба беохирӣ меравад. Ҳалли муодилаи квадратии 1 ⁄ жrr = 0 ҳалли худро медиҳад:

ки дар воҳидҳои табиӣ (ки медиҳад Ҷ = М = в = 1) содда мекунад:

Боз як мушаххасоти аён дар он ҷое рух медиҳад, ки ҷузъи сирф муваққатӣ мебошад жтт тағирёбии метрӣ аз мусбат ба манф ишора мекунад. Боз ҳалли муодилаи квадратӣ жтт = 0 ҳалли худро медиҳад:

Аз сабаби cos 2 θ мӯҳлат дар решаи квадратӣ, ин сатҳи берунӣ ба соҳаи ҳамворшуда шабоҳат дорад, ки ба сатҳи ботин дар қутбҳои меҳвари гардиш, ки дар он колатитсия θ ба 0 ё баробар аст π фосилаи байни ин ду сатҳро эросфера меноманд. Дар доираи ин ҳаҷм, ҷузъи сирф муваққатӣ жтт манфӣ аст, яъне ба монанди як ҷузъи метрикии соф фазоӣ амал мекунад. Аз ин рӯ, зарраҳо дар дохили ин эросфера бояд бо массаи ботинӣ гардиш кунанд, агар онҳо хислати ба вақти монандро нигоҳ доранд. Зарраҳои ҳаракаткунанда дар вақти хатти ҷаҳонии худ, роҳи гузариш аз вақти кайҳонӣ вақти мусбати мусбатро аз сар мегузаронанд. Аммо, ин дар дохили эросфера ғайриимкон аст, дар куҷо жтт манфӣ аст, агар зарра бо массаи дохилӣ ҳамҷоя бошад М бо суръати кунҷӣ ҳадди аққал аз Ω. Ҳамин тавр, ягон зарра наметавонад дар муқобили массаи марказӣ дар дохили эргосфера чарх занад.

Тавре ки дар уфуқи ҳодисаҳо дар метрикаи Шварзшилд, мушаххасоти намоён дар рҲ ва рЕ. иллюзияҳое мебошанд, ки бо интихоби координатҳо сохта шудаанд (яъне, онҳо таносубҳои координатҳо мебошанд). Дар асл, фазои вақтро тавассути интихоби муназзами координатҳо ба осонӣ идома додан мумкин аст.

Сӯрохи сиёҳ дар маҷмӯъ бо сатҳе иҳота шудааст, ки уфуқи ҳодиса номида мешавад ва дар радиуси Шваршшильд барои сӯрохи сиёҳнашаванда ҷойгир аст, ки дар онҷо суръати гурез ба суръати рӯшноӣ баробар аст. Дар ин сатҳ ҳеҷ як нозир / зарра наметавонад худро дар радиуси доимӣ нигоҳ дорад. Он маҷбур аст, ки ба дарун афтад ва аз ин рӯ баъзан инро меноманд лимити статикӣ.

Сӯрохи сиёҳи даврзананда дар уфуқи ҳодиса ҳамон лимити статикӣ дорад, аммо дар берун аз уфуқи рӯйдод сатҳи иловагӣ мавҷуд аст, ки онро "ergosurface" додааст

дар координатаҳои Бойер-Линдквист, ки онҳоро ба тариқи интуитив ҳамчун соҳа тавсиф кардан мумкин аст, ки дар он «суръати гардиши фазои атроф» дар баробари суръати рӯшноӣ кашида мешавад. Дар дохили ин соҳа кашолакунӣ аз суръати рӯшноӣ зиёдтар аст ва ҳар як нозир / ҳиссача маҷбур аст, ки чарх занад.

Минтақае, ки берун аз уфуқи рӯйдодҳо аст, аммо дар дохили сатҳ, ки суръати гардиш суръати нур аст, меноманд эросфера (аз юнонӣ эргон маънои кор). Зарраҳое, ки ба эргосфера меафтанд, маҷбуранд тезтар давр зананд ва ба ин васила энергия ба даст оранд. Азбаски онҳо ҳанӯз берун аз уфуқи ҳодиса ҳастанд, онҳо метавонанд аз сурохии сиёҳ раҳо шаванд. Раванди холис аз он иборат аст, ки сурохии сиёҳи даврзананда зарраҳои энергетикиро бо харҷи энергияи умумии худ мебарорад. Имконияти истихроҷи энергияи чархро аз сӯрохи сиёҳи гардишаванда бори аввал математик Роҷер Пенроуз соли 1969 пешниҳод карда буд ва ҳамин тавр онро раванди Пенроуз меноманд. Сӯрохҳои сиёҳи чархзананда дар астрофизика манбаи потенсиалии миқдори зиёди энергия мебошанд ва барои тавзеҳ додани падидаҳои энергетикӣ, аз қабили таркишҳои гамма-рентгенӣ истифода мешаванд.

Геометрияи Керр бисёр хусусиятҳои ҷолиби диққатро нишон медиҳад: тавсеаи максималии таҳлилӣ пайдарпаии минтақаҳои берунаи асимптотикии ҳамворро дар бар мегирад, ки ҳар кадоме бо эросфера, сатҳҳои ҳудуди статсионарӣ, уфуқҳои ҳодиса, уфуқи Коши, қубурҳои пӯшидаи замонавӣ ва таносуби қубурии шаклашакл. Муодилаи геодезиро маҳз дар шакли пӯшида ҳал кардан мумкин аст. Илова ба ду майдони вектори куштор (мувофиқ ба тарҷумаи вақт ва аксиметрия), геометрияи Керр тензори аҷиби кушторро эътироф мекунад. Як ҷуфти мувофиқати сифрии асосӣ вуҷуд дорад (як воридшаванда ва яке содиротӣ). Тензори Вейл аз ҷиҳати алгебравӣ махсус аст, дар асл он навъи Петров дорад Д.. Сохтори ҷаҳонӣ маълум аст. Аз ҷиҳати топологӣ, типи гомотопии вақти фосилаи Керрро метавон ҳамчун хати дорои доираҳои дар ҳар нуқтаи бутун васлшуда тавсиф кард.

Аҳамият диҳед, ки геометрияи ботинии Керр нисбати ташвишҳо дар минтақаи дохилӣ ноустувор аст. Ин ноустуворӣ маънои онро дорад, ки гарчанде миқдори Керр меҳвари симметрӣ бошад ҳам, сурохии сиёҳе, ки тавассути фурӯпошии ҷозиба ба вуҷуд омадааст, шояд чунин набошад. [11] Ин ноустуворӣ инчунин маънои онро дорад, ки бисёр хусусиятҳои геометрияи Керр, ки дар боло тавсиф шудааст, дар дохили чунин сурохии сиёҳ мавҷуд нестанд. [24] [25]

Сатҳе, ки дар он нур метавонад сӯрохи сиёҳро давр занад, онро шари фотон меноманд. Ҳалли Керр соҳаҳои фотони бепоён дорад, ки дар байни зарфи ботинӣ ва берунӣ ҷойгиранд. Дар ҳалли nonrotating, Шварзшильд, бо а = 0, соҳаҳои фотонҳои дохилӣ ва берунӣ таназзул мекунанд, ба тавре ки дар як радиуси ягона танҳо як шари фотон мавҷуд аст. Ҳар қадаре ки чархаки сурохи сиёҳ зиёдтар бошад, ҳамон қадар шарҳои фотони ботинӣ ва берунӣ аз якдигар ҳаракат мекунанд. Чароғи нуре, ки ба самти муқобили чархи сурохи сиёҳ ҳаракат мекунад, давр зада сӯрохи атрофи шари фотони атрофро давр мезанад. Чароғи нуре, ки дар ҳамон самт бо чарх задани сурохи сиёҳ ҳаракат мекунад, дар гардиши фотони ботинӣ давр мезанад. Геодезияи даврзананда бо импулси кунҷие, ки ба меҳвари гардиши сӯрохи сиёҳ перпендикуляр аст, чархҳои фотониро дар байни ин ду канор давр мезанад. Азбаски фазои замон давр мезанад, чунин мадорҳо прекессияро нишон медиҳанд, зеро пас аз ба итмом расонидани як давра дар тағйирёбандаи θ < displaystyle theta ,> тағирёбанда тағирёбанда ба амал меояд.


Оё суръати чарх задани сурохи сиёҳ ба хусусияти физикӣ мувофиқат мекунад? - Астрономия

COVID-19 ба бисёр муассисаҳо ва ташкилотҳои ҷаҳон таъсир расонида, пешрафти тадқиқотро халалдор кард. Тавассути ин вақти душвор APS ва Шарҳи ҷисмонӣ редаксия комилан муҷаҳҳаз аст ва барои дастгирии муҳаққиқон фаъолона кор карда, тавассути иҷрои тамоми функсияҳои таҳрирӣ ва баррасии ҳамсолон ва нашри тадқиқот дар маҷаллаҳо ва кам кардани халал дар дастрасии журнал.

Мо саъю кӯшиши доимии шуморо барои кӯмак ба пешрафти илм қадр менамоем ва ба мо имкон медиҳад, ки маҷаллаҳои беҳтарини физикаи дунёро нашр кунем. Ва мо умедворем, ки шумо ва наздикони шумо дар амон ва саломатанд.

Ҳоло бисёре аз муҳаққиқон худро дар канори муассисаҳои худ кор мекунанд ва аз ин рӯ, метавонанд дар дастрасӣ ба маҷаллаҳои Physical Review дучор шаванд. Барои ҳалли ин масъала мо дастрасиро тавассути якчанд механизмҳои гуногун такмил медиҳем. Дастрасии берун аз шаҳрак ба Шарҳи ҷисмонӣ барои дастурҳои иловагӣ.


Видеоро тамошо кунед: Боз як келини хонара капидан (Июн 2022).