Какой самый быстро движущийся объект во Вселенной?

Ответ на это удивителен:

Мы.

И многие (если не все) другие галактики.

И они движутся быстрее света.

Видите, Вселенная расширяется с ускорением . Сама ткань пространства-времени растягивается, так что кажется, что галактики удаляются друг от друга. Интересно то, что теория относительности не запрещает им удаляться быстрее скорости света. В то время как локальное пространство является плоским и локальная скорость света должна поддерживаться, это не обязательно должно сохраняться в глобальном масштабе, поэтому возможно иметь кадры, которые удаляются друг от друга быстрее, чем$c$. Действительно, есть некоторые галактики, которые удаляются от нас быстрее скорости света ( единственная причина, по которой мы их видим, заключается в том, что раньше они были ближе и двигались с меньшей скоростью ). Любая пара галактик, находящихся на расстоянии 4200 Мпк друг от друга (то есть с красным смещением 1,4), удаляются друг от друга быстрее, чем свет в кадрах друг друга (цифры украдены со связанной страницы).

Поскольку единственный непротиворечивый способ говорить о движении — относительный, можно сказать, что мы удаляемся от других галактик быстрее скорости света, поскольку верно и обратное. Это может поставить галактики в один ряд с самыми быстро движущимися объектами во Вселенной. Что касается самой быстрой , я не знаю, нам нужно было бы найти пару галактик, которые находятся дальше всего друг от друга (расстояние, конечно, измеряется в системе галактики), но, поскольку Вселенная, вероятно, больше, чем мы наблюдаем ¹ , мы не можем указать пару галактик, для которых это верно.

Для тех, кто думает, что замыкание вопроса с расширением пространства — обман ² , есть и другие объекты, движущиеся быстрее света (хотя они не самые быстрые объекты во Вселенной), и их можно найти на старом добром Земля.

Электроны :

В бассейнах охлаждения ядерных реакторов ³ наблюдается явление, известное как черенковское излучение . По сути, испускаемые бета-частицы движутся быстрее скорости света в воде. Это создает эффект того же происхождения, что и звуковой удар, когда из среды исходит сильный свет.

Чего-чего? Вы думаете, что я снова обманываю ² , помещая все относительно скорости света в среду?

Хорошо, хорошо. Вот несколько быстрых объектов, которые не требуют пространственного расширения, чтобы быть быстрыми, и при этом они не требуют каких-либо семантических уловок, когда среда, в которой они измеряются, не упоминается. Многие уже упоминались astromax.

• Тахионы : это частицы, которые движутся быстрее, чем$c$— это не нарушает теории относительности, пока они никогда не замедляются до субсветовых скоростей. Тем не менее, для них не так много (каких-либо?) экспериментальных доказательств. Однако многие модели BSM предсказывают их существование. Итак, здесь все еще есть некоторый обман, касающийся брадионной материи:

• Глюоны : они не имеют массы, и хотя они не встречаются свободно (за исключением, возможно , глюболов , хотя они, скорее всего, имеют массу), они путешествуют со скоростью $c$. Но они не могут двигаться с какой-либо другой скоростью, так что опять же, это немного жульничает. О фермионной материи:

• Нейтрино : Теперь это жизнеспособные кандидаты. Электронное нейтрино, как известно, имеет очень, очень маленькую массу (у нас есть верхняя граница для нее, которая дает ), и в результате оно может легко достигать очень высоких скоростей. Поместите его в гравитационное поле, и он пойдет еще быстрее. Однако, если вам нужны макроскопические объекты:

• Вещи, движущиеся по спирали вокруг вращающихся черных дыр . Черные дыры обладают сильным гравитационным полем, и при вращении они могут сообщать угловой момент (большой) близлежащим объектам, таким как аккреционные диски. Близкие к черной дыре объекты разгоняются до довольно высоких скоростей. На самом деле, если объект находится внутри эргосферы , он движется быстрее света с точки зрения определенных систем отсчета.
• Вещи, падающие в черные дыры : из дальнего кадра объект ускоряется и приближается к скорости света по мере приближения к горизонту черной дыры. Произвольно большие скорости, ограниченные$c$здесь можно добиться.
• Плазменные струи черных дыр : струи, выбрасываемые из черных дыр, могут двигаться довольно быстро относительно друг друга.

^{1. Из-за космического расширения могут быть галактики, которые нам больше не видны. Некоторые галактики, возможно, никогда не были бы нам видны, если бы мы начали наблюдать с того момента, когда галактики начали формироваться.}

^{2. Я, например, согласен с вами.}

^{3. И другие места, где массивные частицы очень быстро испускаются в среду.}

Существует также другая частица-посредник, которая движется со скоростью света, отличной от фотона. Это глюон , который является обменной частицей для сильного взаимодействия. Странность глюона заключается в том, что он никогда не виден сам по себе (то есть вне набора других глюонов).

Кроме того, хотя у нейтрино действительно есть масса, они являются нейтральными частицами. Я говорю об этом потому, что при взрывах сверхновых нейтрино при некоторых обстоятельствах могут прибыть раньше фотонов — они не взаимодействуют с заряженными частицами. Кроме того, поскольку они являются слабо взаимодействующими частицами, они проходят через значительное количество массы (а именно, пыль и газ), прежде чем может произойти взаимодействие. Это означает, что если бы вы могли обнаружить нейтрино, испускаемые сверхновой, это потенциально могло бы дать вам раннее предупреждение о том, что вскоре последуют фотоны. Это даст вам время измерить его кривую блеска (см.: SNEWS: Система раннего предупреждения SuperNova ).

В астрофизике есть множество быстро движущихся объектов.

Хорошее место, где можно двигаться релятивистски, — вблизи горизонта событий черной дыры. Простая ньютоновская оценка иллюстрирует это положение. Черная дыра имеет всю свою массу$M$скрытый под горизонтом событий радиуса порядка$r_{g}=\dfrac{2GM}{c^2}$. Объект, движущийся по кругу в гравитационном поле черной дыры радиусом$\alpha r_{g}$, куда$\alpha>1$, будет иметь ньютоновскую орбитальную скорость$v$равно$v=\sqrt{\dfrac{GM}{\alpha r_g}}=\dfrac{c}{\sqrt{2\alpha}}$.

Это количественная оценка шкалы скоростей. Согласно общей теории относительности не существует устойчивых круговых орбит на$\alpha<3$, но любое тело будет иметь дополнительное ускорение при закручивании в черную дыру. Чтобы добавить немного сложности, когда кто-то начинает думать в терминах общей теории относительности, он должен задаться вопросом, что мы на самом деле подразумеваем под скоростью объектов и подобными вопросами.

Тем не менее сделанный выше вывод верен: в поле черных дыр целые объекты могут приобретать релятивистские скорости, сравнимые со скоростью света .

Существует множество физических примеров таких систем: двойные сливающие черные дыры, черные дыры, сливающиеся с нейтронными звездами, сверхмассивные черные дыры и белые карлики и т. д. Хотя все эти системы стремятся к окончательному слиянию при релятивистских скоростях, любой из их компоненты выбрасываются и становятся свободно плавающими. Насколько мне известно, не существует известных свободно плавающих релятивистских астрофизических тел, но некоторые из них действительно, вероятно, образовались из кусков материала, выбрасываемых с умеренно релятивистскими скоростями во время слияний черных дыр.

Еще одна редкая возможность — иметь компактную двойную систему в поле сверхмассивной черной дыры, которая разрушается из-за взаимодействия с ней. Однако вероятность такого разрушения, когда компактный двоичный файл вот-вот сольется, исчезающе мала.

Другой вездесущий класс объектов — это релятивистские джеты, представляющие собой ультрарелятивистские потоки плазмы, образующиеся в основном при аккреции на черную дыру. Частицы в таких струях движутся с очень релятивистскими скоростями, хотя точная природа образования струй еще не полностью понята. Наконец, на заднем плане присутствует множество релятивистских частиц, таких как частицы космических лучей и нейтрино.

И последнее, о чем следует упомянуть, это плазма с релятивистскими температурами (порядка$10^9 K$), и которые, следовательно, содержат частицы (в основном, электроны), движущиеся релятивистски. Редко плазма достигает таких высоких температур, но это определенно возможно во время коллапса ядра сверхновой.

Наконец, на достаточно ранних стадиях Большого взрыва абсолютно все во Вселенной двигалось релятивистски!

Редактировать : Еще несколько вещей, которые пришли мне на ум впоследствии: 1) Искусственные пучки частиц в ускорителях частиц являются релятивистскими, макроскопическими, но не астрофизическими объектами. 2) Если во Вселенной существует разумная жизнь, она могла также породить релятивистские объекты макроскопического, но опять же, вероятно, не астрофизического масштаба (вроде космических кораблей).

5/2013 Я подумал:

Если погуглить вопрос - получишь земные ответы: гепард, машины, самолеты. Я хотел знать во Вселенной. Я думал о «мысленном эксперименте» с лестницей, движущейся со скоростью света, которая сжимается достаточно, чтобы поместиться в слишком маленьком гараже. Я рассуждал, если во Вселенной НЕТ макромассы (например, лестницы), приближающейся к скорости света, в чем смысл мысленного эксперимента с лестницей?

Затем я прочитал о том, как быстро вращается NGC 1365: «вращается так быстро, что его поверхность движется почти со скоростью света». Пресс-релиз: 2013-07, 27 февраля 13, 13:00:00 EST

Обычно читается, что для перемещения массы до скорости света потребуется бесконечная энергия. Я рассудил, что именно поэтому обычно говорят о безмассовых частицах, движущихся со скоростью света (фотонах и?). Но теперь у нас есть NGC 1365, вращающаяся почти со скоростью света, с двумя числами массы и вращения. Я не уверен, что такое "почти" - скажем, 90% или ?

Несмотря на то, что мы говорим о скорости вращения, тем не менее, при диаметре в 2 миллиона миль эта черная дыра NGC 1365 с массой, безусловно, является самой быстрой массой, о которой мы знаем, во Вселенной, верно?

Я рассуждаю: в статье написано «Представьте себе сферу диаметром более 2 миллионов миль» — это описание ее диаметра, D = 2 000 000 миль или 3 218 688 км.

Окружность этого объекта равна Pi x D = 3,14 x 3 281 688 км = 10 106 680,32 км.

Интересный вопрос заключается в том, каково это для объекта, который находится на касательной к окружности [«окружность» означает «самая внутренняя устойчивая круговая орбита», в точке, общей с линией и самой внутренней устойчивой круговой орбитой]. Я теряю счет, если это повышает точность по сравнению с точностью? С объектом диаметром 2 000 000 миль, является ли «точка» на его самой внутренней стабильной круговой орбите равной полуприцепу, небольшому автомобилю, холодильнику, книге, мрамору, молекуле или атому???

Каким бы ни был размер массы в этой точке, касательная к самой внутренней стабильной круговой орбите действительно описывает асимптоту с «макро» длиной. Движение массы по этой асимптоте и объясняет ее скорость по прямой линии. Следовательно, это должна быть самая высокая скорость, прямолинейная, а не угловая масса, известная нам во Вселенной. ПРАВИЛЬНО??? Имеет ли значение угловая скорость по сравнению с прямой линией (имеет ли влияние) в большом объекте. Мы находимся на вращающейся планете и не замечаем ее скорости.

спасибо, Джей Мак

Предполагается, что самые быстрые сверхскоростные звезды движутся со скоростью около 900 км/с 2 миллиона миль в час https://www.space.com/19748-hypervelocity-stars-milky-way.html

Квазары — очевидный пример материи с околосветовой скоростью.

Когда ускоренное вещество в луче приближается к скорости света, астрофизические струи становятся релятивистскими струями, поскольку они демонстрируют эффекты специальной теории относительности.

https://en.wikipedia.org/wiki/Astrophysical_jet

Согласно Википедии, S62 является ближайшей обнаруженной звездой, вращающейся вокруг сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики Стрельца A* :

При максимальном сближении его скорость составляет около 0,10с (10% скорости света), то есть ~ 30 км/с.

Документ Arxiv: S62 на 9,9-летней орбите вокруг SgrA*

Я думаю, что был, кхм, РЕАЛЬНО ПРОВЕДЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ , кхм, где два электрона были запущены в совершенно противоположном направлении, и отрицательный заряд изменился на положительный, при этом такое же указанное изменение произошло в то же время с другим электроном.

Этот эксперимент, если он действителен и верен, будет означать, что что- то движется быстрее скорости света.