Wie kann ein Schwarzes Loch Geräusche erzeugen?

Ich werde nicht auf den Produktionsmechanismus eingehen, sondern in diesem ^Fall nur auf die Art des „Klangs“.

Was Sie als das harte Vakuum des Weltraums betrachten, könnte genauso gut als ein sehr, sehr , sehr diffuses, etwas ionisiertes Gas angesehen werden. Dieses Gas kann Schallwellen unterstützen, solange die Wellenlänge erheblich länger ist als die mittlere freie Weglänge der Atome auf dem Gas.

Was den Ton betrifft, gibt es eine einfache Beziehung zwischen dem gleichnamigen Ton in verschiedenen Oktaven, sodass sie, sobald sie die dominante Frequenz kennen, ihren Platz auf der Tonleiter bestimmen können.

¹ Obwohl es nicht innerhalb des Ereignishorizonts geschehen wird – wo „nicht einmal Licht entweichen kann“ gilt – sondern in der Region um das eigentliche Loch herum, wo es Gas und Staub ansammelt und die Magnetfelder des Lochs fröhlich spielen Chaos mit den ionisierten Bestandteilen des angesammelten Materials.

Da die anderen Jungs den größten Teil des Themas bereits behandelt haben, möchte ich einige Dinge zitieren. Licht kann nicht nur aus dem Inneren des Ereignishorizonts entweichen, weil es bereits hineingefallen ist. Aber nachdem wir den Artikel jetzt gelesen haben, könnten wir einige Punkte angeben.

• Der Artikel spricht ausdrücklich von einem „ supermassiven Schwarzen Loch “. Sie sind im Vergleich zu anderen Schwarzen Löchern (z. B. Schwarzchild) viel zu groß. Sie sind also nicht stark genug, um eine erstaunliche Gezeitenkraft auf die fallende Materie am Ereignishorizont zu erzeugen. Und das liegt daran, dass sich die zentrale Singularität sehr tief innerhalb des BH befindet (ziemlich weit vom Ereignishorizont entfernt).

• Wie Sie sagen, der Weltraum ist nur ein hartes Vakuum und kein vollständiges Vakuum . Es besteht aus etwa wenigen Wasserstoffatomen pro Kubikmeter. In Ihrem Fall sind die Gase im Perseus-Cluster gut genug, um als Medium für diese sehr niederfrequenten Schallwellen zu dienen.

Die Schallwellen sind nur longitudinale Druckwellen und daher das Schicksal "sie benötigen Medium". Wenn der BH Material nach innen (in ihn hinein) zieht, bewirkt der Gravitationsdruck, dass er Materie und Energie aus ihm herausstößt, die wir als Gasjets wahrnehmen und die wir als "relativistische Jets" bezeichnen.

Der Astronom Steve Allen sagte: (Ich kenne ihn nicht, aber sieht aus, als wäre er ein großer Kerl)

Die Wellen wurden durch das rhythmische Zusammendrücken und Erhitzen durch den intensiven Gravitationsdruck des Durcheinanders von Galaxien verursacht, die in dem Haufen zusammengepfercht waren. Wenn das Schwarze Loch Material anzieht, erzeugt es auch Materialstrahlen, die über und unter ihm herausschießen, und es sind diese mächtigen Strahlen, die den Druck erzeugen, der die Schallwellen erzeugt.

Aber ich bin froh, dass wir das Geräusch des Schwarzen Lochs nicht wirklich gehört haben. Die eigentliche Beobachtung war auf Röntgenstrahlen zurückzuführen. Ich kann mir nicht einmal vorstellen: "Wie erreichen uns Schallwellen, die durch die bloßen übrig gebliebenen Wasserstoffatome reisen, die in der ganzen Galaxie verteilt sind?" In der Tat können sie vielleicht durch die Jets reisen, aber sie können uns nicht so schnell erreichen ...! Tatsächlich sind diese Druckwellen zusammen mit den Jets gereist , die das Medium durch ihre physische Dehnungs-/ Stauchphantasie durchqueren . Ich denke, die langfristige Neugier ist durch diese Art der Beobachtung verschwunden.

Warum sind diese Röntgenwolken immer heiß und kühlen überhaupt nicht ab?

Dasselbe Thema , das um die NASA herum gesprochen wird , weist auf etwas Erfüllbares hin ...

Die Schallwellen wurden indirekt mit dem Chandra-Teleskop nachgewiesen, da das Haufengas sehr heiß ist und daher eine besonders energiereiche Form von Licht, die Röntgenstrahlung genannt wird, sowie weniger energiereiches sichtbares Licht aussendet. Und das Gas ist wegen der Auswirkungen des Schwarzen Lochs so heiß. Diese Schallwellen sind mehr als eine akustische Kuriosität, sie transportieren Energie, die das Gas im gesamten Cluster wärmer hält, als es sonst wäre. Diese wärmeren Temperaturen wiederum regulieren die Geschwindigkeit der Sternentstehung und damit die Entwicklung von Galaxien und Galaxienhaufen.

Und auch Ihr Artikel stimmt der Tatsache zu:

Die Schallwellen, die sich bei der jüngsten Chandra-Beobachtung von den Hohlräumen ausbreiten, könnten diesen Erwärmungsmechanismus liefern.

Zunächst gibt es für zusätzliche Referenzen die Original-Pressemitteilung . Auch ein ähnlicher Bericht von einem anderen Schwarzen Loch ist hier . Anscheinend mögen die Chandra-Leute so etwas. Es ist auch erwähnenswert, dass es meines Wissens nur Pressemitteilungen und keine veröffentlichten wissenschaftlichen Artikel zu diesem Phänomen gibt.

Nun zu den Fragen.

Schwarze Löcher sind so massiv, dass Licht, das schneller als Schall ist, nicht entkommen kann.

Nun, Licht aus dem Inneren des Schwarzen Lochs kann nicht entkommen. Aber aktive Schwarze Löcher schaffen gewalttätige Nachbarschaften um sie herum. Im Allgemeinen wird es eine Akkretionsscheibe geben – eine relativ flache Materialscheibe, die sich langsam in das Schwarze Loch windet. Reibung aufgrund unterschiedlicher Rotation in dieser Scheibe kann sie glühend heiß machen, besonders in der Nähe des Schwarzen Lochs. Darüber hinaus wirken Drehimpuls und Magnetfelder zusammen, um Jets aus den "Polen" des Schwarzen Lochs schießen zu lassen (es wird erwartet, dass sich so ziemlich alle Schwarzen Löcher in der Astronomie erheblich drehen). Auch hier ist die Angelegenheit nie wirklich in den Ereignishorizont gelangt, da wir sie per Definition nicht wieder sehen würden.

Was ist das für ein Geräusch? Wie ich den Pressemitteilungen am besten entnehmen kann, durchlaufen diese speziellen Schwarzen Löcher Perioden mit geringer und hoher Akkretion. Es kann sein, dass eine Menge Material für lange Zeit hineinfällt und Jets antreibt, die Energie sogar über die Galaxie hinaus pumpen, in der sich das Schwarze Loch befindet. ¹ Dann wird es ein paar Millionen Jahre geben, in denen fast nichts in das Schwarze Loch fällt, während der die Jets kaum mehr als Rinnsale sind. Dieser Zyklus wiederholt sich halbregelmäßig, was dazu führt, dass periodische Energiestöße ausgesendet werden.

Schall kann sich nicht im Weltraum ausbreiten (der Weltraum hat zu viel, nun ja, Platz).

Nun, ja und nein. Es ist wahr, dass es sogar im Raum zwischen Galaxien etwas Material gibt. Andererseits ist es extrem diffus. Tatsächlich wurde gesagt (ich kann mich nicht an die Quelle erinnern), dass die dichtesten Materialwolken im interstellaren Raum diffuser sind als die besten Vakuume, die wir in Labors herstellen können. Sie können sich also vorstellen, dass es eine gewisse Ausbreitung geben kann, aber nicht im traditionellen Sinne.

Wirklich, wenn die Chandra-Leute sagen, dass es „Ton“ gibt, dann meinen sie das. So bilden ausgesandte Energieimpulse Schockwellen ² , die sich durch das intergalaktische Medium ausbreiten. Wenn Sie weit genug schauen, werden Sie diese periodisch dichten Regionen in einem Muster sehen, das den Wellen in einem Teich nicht unähnlich ist. Da "Schall" im normalen Sinne aus Überdichten besteht, die durch die Luft wandern (wenn auch in den meisten Fällen ohne Erschütterungen), und da dies periodische Überdichten im diffusen Gas zwischen Galaxien sind, können wir sie auch in der Terminologie verbinden.

Es ist ein B?

Nehmen Sie dies mit einem großen Salzkorn. Ich bezweifle, dass der Arbeitszyklus des Schwarzen Lochs so regelmäßig ist, dass er eine monochromatische „Tonhöhe“ erzeugt. Das ist eher eine skurrile Rechnung. Nathaniel hat in einem Kommentar die umgekehrte Rechnung gemacht – von „Note“ zu Frequenz. Um zu sehen, wie die Wissenschaftler eine Frequenz veränderten$f$(im Grunde der Kehrwert der Zeit zwischen aktiven Perioden des Schwarzen Lochs) zu einer benannten Notiz, siehe diesen Wikipedia-Eintrag . Kurz gesagt, die Nummer des Stellplatzes ist

Nachtrag: Warum ist das interessant? Abgesehen von der Laune hat dies einen wissenschaftlichen Wert. Ob Sie es glauben oder nicht, der Großteil der Masse (oder zumindest der Großteil der normalen, nichtdunklen Materie) eines Galaxienhaufens befindet sich außerhalb der Galaxien selbst, in diesem intergalaktischen (auch als Intrahaufen bezeichneten) Medium. Es macht trotz seiner geringen Dichte einen bedeutenden Teil des Universums aus, was ausschließlich auf das große Volumen zurückzuführen ist, das es einnimmt. Interessanterweise ist dieses Gas sehr heiß – Millionen Grad, obwohl die „Hintergrundtemperatur“ des Universums wohl einige Grad über dem absoluten Nullpunkt liegt. Es ist so heiß, dass es in Röntgenstrahlen leuchtet, weshalb Chandra – ein weltraumgestütztes Röntgenteleskop – es untersucht. Diese Schallwellen könntenerklären eine signifikante Quelle der Erwärmung und Injektion von Turbulenzen in diese Materie, was weitreichende Auswirkungen auf die extragalaktische Kosmologie und die Galaxienbildung haben kann. All dies fällt unter den Schlagwort „AGN-Feedback“, das heutzutage in der Astrophysik ein heißes Thema ist.

¹ Das supermassive Schwarze Loch unserer eigenen Milchstraße hatte wahrscheinlich irgendwann eine aktive Phase. Astronomen haben kürzlich die sogenannten Fermi-Blasen entdeckt , die darauf hindeuten, dass vor Millionen von Jahren zwei Jets aus dem Zentrum unserer Galaxie geschossen sind.

² „Stoßwellen“ haben in der Strömungslehre eine technische Bedeutung. Grundsätzlich gibt es eine Diskontinuität in der Dichte - vor dem Schock ist alles normal und diffus, aber wenn es vorbeigeht, gibt es fast augenblickliche Kompression und Erwärmung. Denken Sie an die Druckwelle einer Explosion.

Ich werde über einen Produktionsmechanismus spekulieren, um die Antwort von @ dmckee zu ergänzen.

Es ist wahr, dass Licht einem Schwarzen Loch nicht entkommen kann, außer es kann durch Hawking-Strahlung Energie verlieren .

Angenommen, das Schwarze Loch oszilliert, vibriert, dh in ihm existieren Kompressionswellen, das wäre natürlich eine weitere Möglichkeit, Energie zu verlieren. Denn der Radius des Horizonts würde sich mit der Zeit ändern, also das Gravitationsfeld im Raum um ihn herum.

Die Detektion dieser Schallwellen um das Loch herum wäre auch eine Messung von Gravitationswellen.

Ich habe "vibrierendes schwarzes Loch" gegoogelt. der erste Treffer:

Ein Schwarzes Loch kann schwingen, und seine Schwingungen erzeugen Gravitationswellen (Kräuselungen im Gewebe der Raumzeit). Diese Wellen tragen die "Haare" jedes neugeborenen Schwarzen Lochs weg und lassen es im Ruhezustand haarlos, und sie tragen auch die Werte der Masse und des Spins des Lochs verschlüsselt in sich [Bill Press, Richard Price und Saul Teukolsky].

Ein zweiter Weg von Gravitationswellen aus derselben Quelle:

Ein kleines Schwarzes Loch, das ein massives Loch oder einen anderen massiven Körper umkreist, erzeugt Gravitationswellen, und diese Wellen tragen, in sich kodiert, vollständige Karten der verzerrten Raumzeit des Körpers. Wenn wir die Wellen erkennen und ihre Karten extrahieren können, können wir die Karten verwenden, um die Natur des massiven Körpers zu bestimmen, und wenn es sich um ein Schwarzes Loch handelt, können wir die Karten verwenden, um die No-Hair-Vorhersage zu testen [Kip Thorne und Fintan Ryan].

Es ist also eine wissenschaftliche Spekulation und keine Science-Fiction.

Tatsächlich ist es nicht das Schwarze Loch (Singularität oder irgendetwas unterhalb des Ereignishorizonts), das Schallwellen aussendet.

Ein Schwarzes Loch saugt Materie aus seiner Nachbarschaft. Diese angesaugten Materien erzeugen Schallwellen, wenn sie unterwegs sind, bevor sie in den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs eintreten (Licht kann nicht aus dem Ereignishorizont entweichen). Die erzeugten Schallwellen sind nichts anderes als hohlraumbasierte Wellen im Gas des Perseus-Clusters. Die Wellen werden durch einen "Materialstrahl" (der sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fortbewegt) gebildet, der Clustergas zurückdrückt. Aufgrund seiner hohen Energie kann es Millionen von Lichtjahren von der Quelle entfernt nachgewiesen werden.

Aber was vertreibt Materie bei so hohen Geschwindigkeiten in der Nähe des ultimativen Sinklochs?
Die Antwort: Es sind die enormen elektromagnetischen Kräfte, die es weggeschossen haben, bevor es den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs überschritten hat. Diese starken Kräfte werden erzeugt, wenn magnetisiertes, heißes Gas auf das Schwarze Loch zuwirbelt und extreme Spannungen erzeugt, die Partikel in entgegengesetzte Richtungen von der Scheibe wegbeschleunigen.

Also: Wie kann ein Schwarzes Loch Geräusche erzeugen, wenn Licht ihm nicht entkommen kann?

Licht kann einem Schwarzen Loch nur dann entkommen, wenn es sich innerhalb des Ereignishorizonts befindet. Licht kann (der Anziehungskraft) eines Schwarzen Lochs entkommen, wenn es sich außerhalb des Horizonts befindet. Ebenso kann Schall der Anziehungskraft entkommen, wenn er weit genug vom Horizont entfernt ist. Ich würde vermuten, dass der Horizont für Licht und Ton unterschiedlich ist, aber das ist nur eine Vermutung.

TL;DR

Grundsätzlich zieht das Schwarze Loch Partikel VOR dem Ereignishorizont an, der Ort, an dem sich diese Partikel befanden, ist jetzt leer, "Natur verabscheut ein Vakuum", so dass die Leere mit nahe gelegenen Partikeln gefüllt wird, diese Partikel hinterlassen jetzt eine Leere, so dass die Leere gefüllt wird weiter draußen in der Nähe von Partikeln und so weiter und so weiter, wodurch eine Kräuselung, eine Welle, ein Geräusch entsteht. Zugegeben, es ist eine sehr niedrige Frequenz und umgekehrt zu einer herkömmlichen Schallwelle, da sich die Partikel eher auf die Quelle zu bewegen als von ihr weg.

Ich wäre mehr besorgt darüber, wie sie dieses Geräusch erkennen, als darüber, wie es entweicht ... Mir sind keine Mediane im Raum bekannt, durch die sich Geräusche bewegen können, aber andererseits habe ich nie den Weltraum studiert ... oder Physik dafür diese Angelegenheit..

Ich weiß jedoch, dass Sie Geräusche als Kompression und Dekompression von Partikeln in einem Array betrachten können ... Wenn etwas weggezogen wird, hinterlässt es einen leeren Raum, der von Partikeln um diesen Raum herum gefüllt wird (Vakuumeffekt ... Druck drückt diese Partikel hinein), wenn diese Partikel gehen, haben sie jetzt leere Räume geschaffen, also gehen jetzt Partikel um sie herum (wahrscheinlich sogar sich selbst eingeschlossen) zurück zu diesem Raum ... und so weiter und so weiter, Sie erzeugen einen Welleneffekt (denken Sie daran das ist ein 3D-Ripple-Effekt ... stellen Sie sich wackelnde Kugeln ineinander vor, kein Stein, der auf ein Gewässer trifft haha) Diese Welligkeit (3D-Ripple) kann als Welle betrachtet werden, sie hat eine Frequenz und daher diese Kompressionsbewegung ein Trommelfell erreicht, wird es erkannt...

Auch hier weiß ich immer noch nicht, wie sich dieser Klang irgendwohin ausbreitet, da der Raum an sich ein Vakuum ist, von dem, was ich weiß ...