jump to navigation

HVA ER ET SORT HULL? 22. juni 2012

Posted by erty56 in Moderne Fysikk.
trackback

Hei igjen!

En stjerne går igjennom bestemte stadier i sitt liv. I noen tilfeller ender de som sorte hull. 

Med vakuum mener man vanligvis helt tomt rom. La oss kalle det et slags matematisk vakuum, med tetthet lik eksakt null. I rommet har vi imidlertid et fysisk vakuum som ikke er helt tomt. Gass og støv hoper seg opp visse steder. Slike områder kalles tåker. Ved stor nok tetthet, vil gravitasjonen trekke massen mot et sentrum – det som etterhvert blir en stjernes sentrum. Under prosessen øker temperaturen. Når temperaturen er blitt så høy at gasskulen begynner å sende ut synlig lys, er den blitt en protostjerne. Når temperaturen overgår 5 millioner K (omtrent det samme som 5 millioner 0C) starter kjernereaksjoner i sentralområdet, dvs. fusjon av Hydrogen til Helium. Dette skrives:

4 H –> He + 2e+ + 2ve + fotoner

som betyr

4 hydrogenatomer –> heliumatom + 2 positroner + 2 nøytrinoer + gammastråling

Dette gir langt mer energi enn «jordisk fisjon» (atombomber er en type fisjonsbomber og kjernekraftverk baserer seg også på fisjon).

Stabile stjerner har omtrent konstant radius, temperatur og utstrålt effekt. Massen ligger mellom 0,08 og 60 solmasser(heretter kallt ms ).

Grunnet fusjonsprosessen vil kjernen etterhvert inneholde nesten bare Helium, og stjernen er blitt en rød kjempe. Røde kjemper har en gjennomsnittsradius på omtrent 100 solradier. Vår egen sol er en stjerne. Når den er blitt en rød kjempe vil den ha utvidet seg så voldsomt at den “sluker” de innerste planetene i solsystemet. Solen er nå midt i sin levetid på ca. 9-10 milliarder år. Vårt solsystems kollaps er altså svært langt frem i tid. Eller rettere sagt lang tid i menneskelig forstand, men ikke i kosmisk målestokk. Illustrasjon over solens sluttfase der jorden blir ødelagt:

Bildet virker kanskje skremmende, men husk at dette er milliarder av år frem i tid. Idag er solen derimot helt nødvendig for livet her på jorden!

Stjernens masse m i den såkallte hovedseriefasen avgjør hva den ender som i sluttfasen:

m < 3,5 ms gir hvite dverger
3,5 ms < m < 8 ms gir nøytronstjerner
m > 8 ms gir sorte hull

Generelt i fysikken reflekterer en hvit flate alt, mens en sort flate absorberer alt. Et sort hull har et så sterkt gravitasjonsfelt at alt blir absorbert. Ikke engang lys unnslipper. I en nøytronstjerne er det likevekt mellom gravitasjonskrefter og trykkrefter fra nøytronene. Men dersom trykkreftene ikke klarer å balansere gravitasjonskreftene, bryter stjernen fullstendig sammen og blir et sort hull med radius r mindre enn kritisk radius r0. Når et legeme(f.eks. en satellitt) kretser rundt et himmellegeme er den i en parkeringsbane. For å komme seg ut av banen, dvs. unnslippe himmellegemets gravitasjonsfelt, må farten økes til noe vi kaller unnslippingsfarten V. Ved den kritiske radius er unnslippingsfarten V lik lysfarten c. Ved å bruke formelen for V og sette den lik c får man

m er massen, c er lysfarten og γ er en konstant. Alt innenfor r0 blir oppslukt og ingenting kan unnslippe.

Dersom man setter inn massen til det teoretisk sett minste sorte hull(utgjør 2,5 ms) i uttrykket for r0, får man r0 = 7,5 km. Til sammenligning har solen en radius r = 696.000 km. Den enorme forskjellen kan hjelpe oss til å forstå hvorfor gravitasjonskraften er så ekstremt sterk i et sort hull. Altså kollaps av mye masse til et lite område. Mye masse konsentrert i et lite område vil ha en sterk gravitasjonskraft som tiltrekker seg annet i sine omgivelser, mens lite masse vil gi lite tiltrekning. Her følger et bilde tatt av romteleskopet Chandra:

Til venstre sees 4 svære galakser, og til høyre massive sorte hull i galaksenes sentrum. Det ser ut til å være svært vanlig med massive sorte hull i galaksers sentrum. Også vår egen galakse Melkeveien har dette.


Her kommer løsningsforslag av forrige måneds:

OPPGAVE 14 – FINN PROSENTANDELEN

Sett:

x – de som besto
y – de som strøk

Oppgaveteksten gir ligningen

65x + 35y = 53(x+y) = 53x + 53y

12x = 18y

x = 1,5y

De som besto i deler blir brøken


Svar: 60% av studentene besto
(Intervallet 0-1 i deler tilsvarer 0-100%)


Her kommer ny mattenøtt:

OPPGAVE 15 – ENKEL ARITMETIKK

Finn to tall x og y slik at xy = x/y = (x – y)


Neste innlegg kommer i juli. Hilsen erty56.

Reklamer

Kommentarer»

1. Torleif - 10. juli 2012

Lurer på om en masse som eksisterer i et rom (eller en binding?) hvor massen er lettere enn tyngdekraften på stedet, ØKER rommets/objektets/planetens gravitasjonskraft, eller MINSKER den. For eksempel gass i en trykkbeholder.

erty56 - 12. juli 2012

Jeg har litt problemer med å forstå akkurat hva du spør etter. Men jeg har lagt ut et nytt innlegg «Masse, tyngde
og «vektløshet»» som forhåpentlig besvarer det du lurer på.

2. Torleif - 16. juli 2012

Fant ingen ledetråder i ditt siste innlegg, men se bort fra mitt eksempel med gass i en trykkbeholder, det blir både feil og misvisende.

Se for deg følgende:
En mengde gass frigis fra jorden, og ender i atmosfæren. Hvordan påvirker denne endringen jordens gravitasjonskraft? Vil kraften øke, minske, eller forbli den samme? Representerer gasser i atmosfæren, som mulligens er nedkjølt og flytetnde, en gravitasjonskraft som motvirker/svekker jordens, og dermed tiltrekker (dvs. svekker tyngdekraften som virker på) jorden og objekter som befinner seg mellom gassene og jorden?

erty56 - 28. juli 2012

Hei!

Dersom gass frigis fra jorden slik at jorden får mindre masse, vil jordens tyngdekraft på andre himmellegemer bli mindre.
Dersom noe gass «plasseres» i atmosfæren/noe fra jorden, vil det være en tyngdekraft mellom jorden og gassen. All masse
har gravitasjonsvirkning på hverandre, ikke bare legemer av fast stoff. Dersom mye gass eller mye annen masse skulle komme i
nærheten av jorden, vil det kunne ødelegge for jordens bane i solsystemet i forhold til de andre himmellegemene.

3. Torleif - 28. juli 2012

Interessant dette. Betyr dette at alt som befinner seg på jordens overflate blir lettere, samt at himmellegemer som månen får en større tiltrekning på oss (og jorden), når mengden gass i jordens atmosfære øker?

Undres også en kuriositet; om tyngdekraften går mot null dess nærmere jordens kjerne noe befinner seg? Er materie i kjernen tilnærmet vektløs? Eller er tyngdekraften den samme om man befinner seg øverst på Mount Everest eller dypt nede under jorden?

erty56 - 28. juli 2012

Hei igjen, tyngdens akselerasjon(g) er litt lavere på toppen av Mount Everest enn under jordoverflaten. Et legeme med masse m vil ha lavere tyngde G = m x g jo høyere over jordoverflaten det befinner seg. Kommer tilbake med mer svar senere.


Legg igjen en kommentar

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut /  Endre )

Google-bilde

Du kommenterer med bruk av din Google konto. Logg ut /  Endre )

Twitter-bilde

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut /  Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut /  Endre )

Kobler til %s

Dette nettstedet bruker Akismet for å redusere spam. Lær hvordan dine kommentardata behandles..

%d bloggere like this: