Как черная дыра может издавать звук?

Я не собираюсь говорить о производственном механизме, ^а только о характере «звука» в данном случае.

То, что вы считаете твердым космическим вакуумом, можно с тем же успехом рассматривать как очень, очень , очень рассеянный, несколько ионизированный газ. Этот газ может поддерживать звуковые волны, пока длина волны значительно больше, чем длина свободного пробега атомов в газе.

Что касается тона, то существует простая связь между тоном одного и того же имени в разных октавах, поэтому, зная доминирующую частоту, они могут вычислить ее место на шкале.

¹ Хотя это не будет происходить внутри горизонта событий — там, где действует «даже свет не может ускользнуть», — но в районе самой дыры, где он аккумулирует газ и пыль, а магнитные поля дыры играют весело. хаос с ионизированными компонентами накопленного материала.

Поскольку другие ребята уже рассмотрели большую часть темы, я хотел бы процитировать некоторые вещи. Свет не может уйти только изнутри горизонта событий, потому что он уже попал в него. Но прочитав статью сейчас, мы могли бы указать на некоторые моменты.

• В статье конкретно говорится о « сверхмассивной черной дыре ». Они слишком большие по размеру по сравнению с другими черными дырами (например, Шварцшильда). Таким образом, они недостаточно сильны, чтобы произвести поразительную приливную силу на падающую материю на горизонте событий. И это потому, что центральная сингулярность расположена очень глубоко внутри ЧД (довольно большое расстояние от горизонта событий).

• Как вы говорите, космическое пространство — это просто своего рода твердый вакуум, но не совсем вакуум . Он состоит примерно из нескольких атомов водорода на кубический метр. В вашем случае газы в скоплении Персея достаточно хороши, чтобы служить средой для прохождения этих очень низкочастотных звуковых волн.

Звуковые волны — это всего лишь продольные волны давления, и, следовательно, судьба «требует среды». Поскольку ЧД втягивает вещество внутрь (в себя), гравитационное давление заставляет ее выбрасывать из себя вещество и энергию, которые мы воспринимаем как газовые струи и называем их «релятивистскими струями».

Астроном Стив Аллен сказал (я его не знаю, но похоже, что он большой парень)

Рябь была вызвана ритмичным сжатием и нагревом из-за интенсивного гравитационного давления скопления галактик, сгруппированных вместе в скоплении. Когда черная дыра втягивает материал, она также создает струи материала, выбрасываемые над и под ней, и именно эти мощные струи создают давление, создающее звуковые волны.

Но я счастлив, что мы действительно не слышали звук черной дыры. Фактическое наблюдение было связано с рентгеновскими лучами. Я даже не могу себе представить: «Как звуковые волны достигают нас, путешествуя через голые остаточные атомы водорода, разбросанные по всей галактике?» Действительно, они могут путешествовать через струи, но не могут добраться до нас так быстро..! На самом деле, эти волны давления путешествовали вместе со струями, пересекающими среду, благодаря своей физической фантазии о растяжении/сжатии . Я думаю, что давнее любопытство исчезло благодаря такому наблюдению.

Почему эти рентгеновские облака всегда горячие и совсем не остывают?

Та же тема , что и вокруг НАСА , указывает на что-то удовлетворительное...

Звуковые волны были обнаружены косвенно с помощью телескопа Чандра, потому что газ скопления очень горячий и, таким образом, излучает особенно энергичную форму света, называемую рентгеновскими лучами, а также менее энергичный видимый свет. И газ такой горячий из-за воздействия черной дыры. Эти звуковые волны переносят не только акустическую диковинку, но и переносят энергию, благодаря которой газ в скоплении остается теплее, чем он был бы в противном случае. Эти более высокие температуры, в свою очередь, регулируют скорость образования новых звезд и, следовательно, эволюцию галактик и скоплений галактик.

И ваша статья тоже подтверждает тот факт:

Звуковые волны, распространяющиеся из полостей в недавнем наблюдении Чандра, могут обеспечить этот механизм нагрева.

Во-первых, для дополнительных ссылок есть оригинальный пресс-релиз . Также аналогичный отчет из другой черной дыры есть здесь . Кажется, людям Чандра нравятся такие вещи. Также стоит отметить, что, насколько я могу судить, существуют только пресс-релизы и нет опубликованных научных статей об этом явлении.

Теперь по вопросам.

Черные дыры настолько массивны, что свет, который быстрее звука, не может покинуть их.

Ну, свет изнутри черной дыры не может выйти наружу. Но активные черные дыры создают вокруг себя агрессивные окрестности. В общем, будет аккреционный диск — относительно плоский диск из вещества, медленно спиралевидно скручивающийся в черную дыру. Трение из-за дифференциального вращения в этом диске может раскалить его, особенно вблизи черной дыры. Кроме того, угловой момент и магнитные поля заставляют струи вылетать из «полюсов» черной дыры (ожидается, что почти все черные дыры в астрономии значительно вращаются). Опять же, материя так и не попала за горизонт событий, поскольку по определению мы ее больше не увидим.

Так что же это за звук? Насколько я могу судить из пресс-релизов, эти конкретные черные дыры чередуются между периодами низкой и высокой аккреции. Может быть много материала, падающего в течение длительного времени, приводя в действие джеты, которые выкачивают энергию даже за пределы галактики, в которой находится черная дыра. ¹ Затем в течение нескольких миллионов лет в черную дыру почти ничего не попадет, в течение которых струи будут не более чем струйками. Этот цикл повторяется полурегулярно, вызывая периодические выбросы энергии.

Звук не может путешествовать в пространстве (в космосе слишком много места).

Ну да и нет. Правда , даже в пространстве между галактиками есть какой-то материал. С другой стороны, он чрезвычайно рассеян. На самом деле было сказано (я не могу вспомнить источник), что самые плотные облака вещества в межзвездном пространстве более рассеяны, чем самые лучшие вакуумы, которые мы можем создать в лабораториях. Так что вы можете себе представить, что может быть какое-то распространение, но не в традиционном смысле.

На самом деле, когда люди Чандра говорят, что есть «звук», они имеют в виду вот что. Таким образом, посылаемые импульсы энергии образуют ударные волны ² , которые распространяются через межгалактическую среду. Если вы посмотрите достаточно далеко, вы увидите эти периодические плотные области в виде узора, мало чем отличающегося от ряби в пруду. Поскольку «звук» в обычном смысле состоит из избыточных плотностей, распространяющихся по воздуху (хотя в большинстве случаев и без толчков), и поскольку это периодические избыточные плотности в диффузном газе между галактиками, мы также можем установить связь между ними в терминологии.

Это си-бемоль?

Примите это с большой долей скептицизма. Я сомневаюсь, что рабочий цикл черной дыры настолько регулярен, чтобы создавать монохроматический «тон». Это скорее причудливый расчет. Натаниэль в комментарии сделал обратный расчет - от "ноты" к частоте. Чтобы увидеть, как ученые изменили частоту$f$(в основном обратное время между активными периодами черной дыры) к именованной ноте, см. эту запись в Википедии . Короче говоря, номер шага

Дополнение: Почему это интересно? Помимо прихоти, в этом есть научная ценность. Хотите верьте, хотите нет, но большая часть массы (или, по крайней мере, большая часть массы нормальной, не темной материи) скопления галактик находится вне самих галактик, в этой межгалактической (иначе внутрикластерной) среде. Он составляет значительную часть Вселенной, несмотря на его низкую плотность, полностью из-за большого объема, который он занимает. Что еще более интересно, этот газ очень горячий — миллионы градусов, несмотря на то, что «фоновая температура» Вселенной, возможно, на несколько градусов выше абсолютного нуля. Он настолько горячий, что светится в рентгеновских лучах, поэтому Чандра — космический рентгеновский телескоп — изучает его. Эти звуковые волны могутобъяснить значительный источник нагрева и инжекции турбулентности в эту материю, что может иметь широкие последствия для внегалактической космологии и образования галактик. Все это подпадает под ключевой термин «обратная связь AGN», который в наши дни является довольно горячей темой в астрофизике.

¹ Сверхмассивная черная дыра нашего Млечного Пути, вероятно, в какой-то момент находилась в активной фазе. Астрономы недавно обнаружили так называемые пузыри Ферми , которые указывают на то, что два джета вылетали из центра нашей галактики миллионы лет назад.

² «Ударные волны» имеют техническое значение в гидродинамике. В основном скачок плотности - перед ударом все нормально и диффузно, а по мере его прохождения происходит почти мгновенное сжатие и нагрев. Подумайте о взрывной волне от взрыва.

Я собираюсь размышлять о производственном механизме, чтобы дополнить ответ @dmckee.

Это правда, что свет не может покинуть черную дыру, за исключением того, что он может терять энергию из-за излучения Хокинга .

Предположим, что черная дыра колеблется, вибрирует, т.е. внутри нее существуют волны сжатия, это, конечно, был бы другой способ потери энергии. Это потому, что радиус горизонта будет меняться во времени, то есть гравитационное поле в пространстве вокруг него.

Обнаружение этих звуковых волн вокруг дыры также будет измерением гравитационных волн.

Я погуглил "вибрирующая черная дыра". первый хит:

Черная дыра может вибрировать, и ее вибрации порождают гравитационные волны (рябь в ткани пространства-времени). Эти волны уносят «волосы» любой новорожденной черной дыры, оставляя ее безволосой в состоянии покоя, а также несут в себе закодированные значения массы и спина дыры [Билл Пресс, Ричард Прайс и Сол Тьюкольски].

Второй путь гравитационных волн от того же источника:

Маленькая черная дыра, вращающаяся вокруг массивной дыры или любого другого массивного тела, создает гравитационные волны, и эти волны несут в себе закодированные полные карты искривленного пространства-времени тела. Если мы сможем обнаружить волны и извлечь их карты, мы сможем использовать карты для определения природы массивного тела, а если это черная дыра, мы сможем использовать карты для проверки предсказания об отсутствии волос [Кип Торн и Финтан Райан].

Так что это научное предположение, а не научная фантастика.

На самом деле это не Черная дыра (сингулярность или что-то еще ниже горизонта событий), которая излучает звуковые волны.

Черная дыра высасывает материю из своего окружения. Эти всасываемые материи производят звуковые волны, когда они находятся на пути к горизонту событий черной дыры (свет не может покинуть горизонт событий). Создаваемые звуковые волны — это не что иное, как рябь в полостях газа скопления Персея. Рябь формируется «струей материалов» (движущейся со скоростью, близкой к скорости света), отталкивающей кластерный газ. Из-за высокой энергии его можно обнаружить на расстоянии миллионов световых лет от источника.

Но что выбрасывает материю на таких высоких скоростях вблизи крайней воронки?
Ответ: огромные электромагнитные силы сбили его до того, как он вышел за горизонт событий черной дыры. Эти мощные силы генерируются, когда завихрения намагниченного горячего газа движутся к черной дыре, создавая экстремальные напряжения, которые ускоряют частицы от диска в противоположных направлениях.

Итак: как черная дыра может издавать звук, если свет не может выйти из нее?

Свет не может покинуть черную дыру, только если она находится внутри горизонта событий. Свет может покинуть (гравитационное притяжение) черную дыру, если она находится за горизонтом. Точно так же звук может избежать гравитационного притяжения, если он находится достаточно далеко от горизонта. Я бы предположил, что горизонт отличается для света и звука, но это всего лишь догадка.

TL;DR

По сути, черная дыра притягивает частицы ДО горизонта событий, те места, где были эти частицы, теперь пусты, «природа не терпит пустоты», поэтому пустота заполняется близлежащими частицами, эти частицы теперь покидают пустоту, так что пустота заполняется дальше ближние частицы, и так далее, и тому подобное, создавая рябь, волну, звук. Конечно, это будет очень низкая частота и обратная традиционной звуковой волне, поскольку частицы движутся к источнику, а не от него.

Я бы больше беспокоился о том, как они обнаруживают этот звук, чем о том, как он уходит... Я не знаю никаких медиан в космосе, через которые проходит звук, но опять же, я никогда не изучал космос... или физику для это важно..

Однако я знаю, что вы можете воспринимать звуки как сжатие и распаковку частиц в массиве... Когда что-то отрывается, остается пустое пространство, которое заполняется частицами вокруг этого пространства (эффект вакуума... давление выталкивает эти частицы). частицы внутри), когда эти частицы покидают их, они теперь создают пустое пространство, так что теперь частицы вокруг них (возможно, даже включая самих себя) возвращаются к этому пространству... и так далее, и так далее, вы создаете волновой эффект (имейте в виду это эффект трехмерной ряби... представьте, что сферы колеблются внутри друг друга, а не камень, ударяющийся о водоем, ха-ха) Эту рябь (трехмерную рябь) можно считать волной, у нее есть частота, и поэтому при этом движении сжатия достигает барабанной перепонки, она будет обнаружена...

Опять же, я до сих пор не знаю, как этот звук распространяется куда-либо, поскольку пространство само по себе является вакуумом, насколько я знаю...