荷電ブラックホール。電荷を持つブラックホール。宇宙のブラックホール

23.03.2022

ブラックホールの概念は、学童から高齢者まで、誰もが知っています。科学やフィクションの文献、イエローメディア、科学会議で使用されています。しかし、誰もがこれらの穴が何であるかを正確に知っているわけではありません.

ブラックホールの歴史から

1783年ブラックホールのような現象が存在するという最初の仮説は、1783 年にイギリスの科学者ジョンミッシェルによって提唱されました。彼の理論では、彼はニュートンの 2 つの創造物である光学と力学を組み合わせました。ミシェルの考えは次のとおりでした。光が小さな粒子の流れである場合、他のすべての物体と同様に、粒子は重力場の引力を経験するはずです。星の質量が大きいほど、光がその引力に抵抗するのが難しくなることがわかりました。ミシェルの 13 年後、フランスの天文学者で数学者のラプラスが (おそらくイギリスの天文学者とは無関係に) 同様の理論を提唱しました。

1915年しかし、彼らの作品はすべて、20 世紀初頭まで主張されていませんでした。 1915 年、アルバートアインシュタインは一般相対性理論を発表し、重力は物質によって引き起こされる時空の曲率であることを示しました。数か月後、ドイツの天文学者で理論物理学者のカールシュヴァルツシルトは、それを使用して特定の天文学的問題を解決しました。彼は、太陽の周りの曲がった時空の構造を調査し、ブラックホールの現象を再発見しました。

（ジョン・ウィーラーは「ブラックホール」という用語を作り出しました）

1967年アメリカの物理学者ジョン・ウィーラーは、一枚の紙のようにくしゃくしゃにすると無限小の点になる空間を概説し、「ブラックホール」という用語を指定しました。

1974年英国の物理学者スティーブン・ホーキング博士は、ブラックホールは物質を飲み込んで戻ってこないにもかかわらず、放射線を放出し、最終的には蒸発することを証明しました。この現象は「ホーキング放射」と呼ばれています。

2013年パルサーとクエーサーに関する最新の研究と、宇宙マイクロ波背景放射の発見により、ついにブラックホールの概念そのものを説明することが可能になりました。 2013 年には、ガス雲 G2 がブラックホールに非常に接近し、ブラックホールに吸収される可能性が高く、この独特なプロセスを観察することで、ブラックホールの特徴を新たに発見する絶好の機会が提供されます。

(巨大なオブジェクト射手座 A *、その質量は太陽の 400 万倍であり、これは星のクラスターとブラックホールの形成を意味します)

2017年. いくつかの国のイベントホライズンテレスコープコラボレーションの科学者グループは、地球の大陸のさまざまな地点から 8 つの望遠鏡を結びつけ、おとめ座である M87 銀河にある超大質量天体であるブラックホールの観測を行いました。天体の質量は太陽質量の 65 億倍 (!) であり、巨大天体射手座 A * よりも何倍も大きく、直径は太陽から冥王星までの距離よりわずかに小さいです。

観測は、2017 年の春から 2018 年の期間にかけて、いくつかの段階で実施されました。情報量はペタバイト単位で計算され、それを解読し、超遠方のオブジェクトの本物の画像を取得する必要がありました。したがって、すべてのデータを事前にスキャンして 1 つにまとめるには、さらに 2 年かかりました。

2019年データは首尾よく解読されて可視化され、史上初のブラックホールの画像が生成されました。

(おとめ座のM87銀河にあるブラックホールの初めての画像)

画像の解像度により、オブジェクトの中心にある折り返し地点の影を見ることができます。この画像は、超長基線による干渉観測の結果として得られたものです。これらは、ネットワークによって相互接続され、地球のさまざまな場所にあり、一方向に向けられた、複数の電波望遠鏡からの 1 つのオブジェクトのいわゆる同期観測です。

ブラックホールの正体は？

この現象の簡潔な説明は次のように聞こえます。

ブラックホールは、重力が非常に強く、光量子を含む物体がそこから出られない時空領域です。

ブラックホールは、かつては巨大な星でした。熱核反応が腸内で高い圧力を維持している限り、すべてが正常なままです。しかし、時間が経つにつれて、エネルギーの供給が枯渇し、天体は自身の重力の影響下で収縮し始めます. このプロセスの最終段階は、星のコアの崩壊とブラックホールの形成です。

1.ブラックホールジェットの高速放出

2. 物質の円盤が成長してブラックホールになる

3.ブラックホール

4. ブラックホール領域の詳細図

5. 見つかった新しい観測のサイズ

最も一般的な理論は、天の川の中心を含むすべての銀河に同様の現象があるというものです。穴の巨大な重力は、その周りにいくつかの銀河を保持することができ、それらが互いに離れるのを防ぎます. 「カバーエリア」は異なる可能性があり、すべてはブラックホールになった星の質量に依存し、数千光年になる可能性があります.

シュヴァルツシルト半径

ブラックホールの主な特性は、そこに入った物質は二度と戻らないということです。同じことが光にも当てはまります。穴は、その中心にある体であり、それらに当たるすべての光を完全に吸収し、それ自体は放出しません。このようなオブジェクトは、完全な暗闇の塊として視覚的に表示されることがあります。

1. 光速の半分の速さで物質を動かす

2.フォトンリング

3. 内部フォトンリング

4. ブラックホールの事象の地平線

アインシュタインの一般相対性理論に基づいて、物体が穴の中心から臨界距離に近づくと、元に戻ることができなくなります。この距離はシュヴァルツシルト半径と呼ばれます。この半径内で正確に何が起こるかは定かではありませんが、最も一般的な理論があります。ブラックホールのすべての物質は無限に小さな点に集中していると考えられており、その中心には無限の密度を持つ物体があり、科学者はこれを特異摂動と呼んでいます。

どうやってブラックホールに落ちるの

（写真では射手座A*のブラックホールが非常に明るい光の塊のように見えます）

少し前の 2011 年、科学者はガス雲を発見し、それを単純な名前である G2 と名付けました。これは異常な光を放出します。このような輝きは、ブラックホール射手座A *の作用によって引き起こされ、降着円盤の形でその周りを回転するガスと塵に摩擦を与える可能性があります。したがって、私たちは超大質量ブラックホールによるガス雲の吸収という驚くべき現象の観測者になります。

最近の研究によると、ブラックホールに最接近するのは 2014 年 3 月です。このエキサイティングなスペクタクルがどのように展開されるかを再現することができます。

1. データに最初に現れるとき、ガス雲はガスと塵の巨大なボールに似ています。

2. 現在、2013 年 6 月の時点で、雲はブラックホールから数百億キロ離れています。それは2500 km / sの速度でそれに落ちます。

3. 雲はブラックホールを通過すると予想されますが、雲の前縁と後縁に作用する引力の差によって引き起こされる潮汐力により、雲はますます引き伸ばされます。

4. 雲が壊れた後、ほとんどの雲は射手座 A* の周りの降着円盤に加わり、その中で衝撃波を発生させます。温度は数百万度まで上昇します。

5. 雲の一部が直接ブラックホールに落ちます。この物質がどうなるかは誰にも正確にはわかりませんが、落下の過程で強力な X 線を放出し、他の誰もそれを見ることはないと予想されます。

ビデオ：ブラックホールがガス雲を飲み込む

(G2 ガス雲のどれだけがブラックホール射手座 A* によって破壊され、消費されるかのコンピューターシミュレーション)

ブラックホールの中身は

内部のブラックホールは実質的に空であり、そのすべての質量がその中心にある信じられないほど小さな点、つまり特異点に集中していると主張する理論があります。

半世紀前から存在する別の理論によると、ブラックホールに落ちたものはすべて、ブラックホール自体にある別の宇宙に入ります。現在、この理論は主なものではありません。

そして、最も現代的で粘り強い3番目の理論があり、それによれば、ブラックホールに落ちるものはすべて、事象の地平線として指定されているその表面のひもの振動に溶けます。

では、事象の地平線とは？超強力な望遠鏡を使っても、ブラックホールの中を見ることは不可能です。なぜなら、巨大な宇宙漏斗の中に入る光でさえ、戻ってくる機会がないからです。なんとなく考えられるものはすべてすぐ近くにあります。

事象の地平線は、その下からは何も (ガスも塵も星も光も) 逃げることができない、表面の条件付きの線です。そして、これは宇宙のブラックホールにある非常に神秘的なポイントです。

ブラックホールに関する既存の考えは、多様体の微分幾何学によって証明された定理に基づいています。理論の結果のプレゼンテーションは書籍で入手可能であり、ここでは繰り返しません。詳細については、モノグラフとコレクション、および元の論文とレビューを参照してください。ブラックホールに関する現代のアイデアの根底にある主な条項を簡単に列挙します。

アインシュタイン方程式の真空解の最も一般的なファミリは、非特異なイベントホライズンを持ち、ホライズンの外側のすべての場所で規則的な定常的な漸近的に平坦な時空を記述し、軸対称性を持ち、2 パラメーターのカーファミリと一致します。 2 つの独立したパラメーターとは、ブラックホールの質量と角運動量を定義します。このステートメントをサポートする定理は、非回転ブラックホールの研究で定式化され、カー計量に一般化されました。ブラックホールを記述するアインシュタインの非真空方程式の解は、多数のパラメーターによって特徴付けることができます。したがって、Einstein-Maxwell 連立方程式の場合、Kerr-Newman 解のファミリーはリストされた特性を持ち、電気、磁荷の 4 つのパラメーターを持ちます。このファミリーの一意性はで証明されました。ゲージ (カラー) 電荷を運ぶブラックホールを記述する Einstein-Yang-Mills 系の方程式の解と、対称性が自然に破れた Einstein-Yang-Mills-Higgs 系の解があります。地平線。拡張された超重力では、フェルミオン構造を持つ極度に荷電したブラックホールを説明する解が見つかっています。リストされているすべての解が、ブラックホールの大規模な外部場を持つことができない質量ゼロの場について知られていることが不可欠です。

カー・ニューマン場

磁気電荷とゲージ電荷による解の議論を§ 18 まで延期して、回転帯電を記述するカー・ニューマン解をより詳細に考えてみましょう。

ブラックホール。 Boyer-Lindqvist 座標では、時空間隔の 2 乗は次の形式を持ちます。

標準表記法が導入されている場所

関係によって定義される電磁界の 4 ポテンシャル (-form)

for は、ミンコフスキー空間の点電荷のポテンシャルと変わらない。 a に比例する追加の項は、磁気双極子のポテンシャルと空間無限大で一致します。反変計量テンソルの非ゼロ成分は次のとおりです。

Kerr-Newman 計量の場合、非ゼロの Christoffel シンボルが 30 個あり、そのうちの 22 個が対ごとに等しい

指示された場所

クリストッフェルシンボルは偶数関数であり、カー計量の赤道面では消失しません。残りの接続コンポーネントは、平面での反射に関して奇数であり、値がゼロになります。粒子運動の方程式を解くときは、このことを念頭に置いておくと便利です。

電磁場テンソルの非ゼロ成分は次のようになります。

これは、クーロン場と磁気双極子場の重ね合わせに対応します。

線要素 (1) は座標に依存しないため、ベクトルは

時間のシフトと対称軸の周りの回転を生成するキリングベクトルです。キリングベクトルであり、互いに直交していません

キリングベクトルによって与えられる変換に関する電磁場の対称性は、ベクトル場 (8) に沿った 4 ポテンシャル (3) のリー微分がゼロに等しいことで表されます。

時間のベクトルは、不等式で囲まれた領域で類似しています

エルゴスフィアの表面で等方性になります

これは回転楕円体です。エルゴスフィアの内部では、ベクトルは宇宙に似ていますが、キリングベクトルの線形結合があります。

不等式の場合、これはエルゴスフィア内の時間的なキリングベクトルです。

それらが合流する表面は事象の地平線であり、その位置は方程式の大根によって決定されます

どこで見つけますか

この値は、地平線の回転の角速度の役割を果たします。一般定理によれば、角度に依存しない

事象の地平線は等方性超曲面であり、その空間セクションは球のトポロジーを持っています。地平線の二次元表面の面積は、式によって計算されます

それが結果につながる

ホーキングの定理によれば、エネルギー-運動量テンソルがエネルギー優勢条件を満たす物質媒体に浸されたブラックホールの事象の地平線の表面積は減少できません。穴の質量と回転モーメントは個別に減少する可能性がありますが、回転モーメントが完全に失われると、ブラックホールの質量は少なくとも

これは、ブラックホールの「既約」質量と呼ばれています。事象の地平線の面積が減少しないという法則は、エントロピーが増加する法則と共通の性質を持ち、事象の地平線の下にある物質の状態に関する情報の損失に関連付けることができます。ブラックホールにいくつかのものがなかった場合

エントロピーの場合、たとえば、宇宙空間で加熱されたガスが吸収されると、エントロピーが減少します。量子論を呼び起こすと、熱力学の第 2 法則との矛盾の危険がなくなります。なぜなら、量子重力では、ブラックホールのエントロピーは事象の地平線 (21) の単位で実際に表面積に比例することが判明したからです。プランク長の 2 乗

これはまた、半古典理論の枠組みにおけるブラックホールでの粒子生成の効果の以前の計算にも対応しています。ブラックホールと吸収された物質の総エントロピーは、吸収中にブラックホールの質量（そしておそらく回転モーメント）が増加するため、この場合減少しません。事象の地平線が増加します。 (23) の分母は非常に小さいことに注意する必要があります。したがって、地平線領域の巨視的な変化により、ブラックホールのエントロピーは非常に大きな値で変化します。

事象の地平線では、4 ポテンシャルの成分の線形結合は一定であり、これは、地平線とともに回転する観測者にとって、地平線の静電ポテンシャルの意味を持ちます。

また、ブラックホールの「表面重力」と呼ばれる量も一定です。これは、不変形式で地平線上に静止している粒子の加速度 (座標時間の単位) に等しくなります。

ここで、ベクトルは式 (14) によって決定されます。 at (つまり、超曲面上にある等方性ベクトルです。

条件によって正規化された別の等方性ベクトル Kerr-Newman メトリックの場合、地平線の表面重力は次のとおりです。

ブラックホール

19世紀半ばから始まります。電磁気学の理論を開発したジェームズ・クラーク・マクスウェルは、電場と磁場に関する大量の情報を持っていました。特に、電気力と磁力が重力とまったく同じように距離とともに減少することは驚くべきことでした。重力と電磁気力はどちらも長距離力です。それらは、発生源から非常に離れた場所で感じることができます。それどころか、原子核を結合する力、つまり強い相互作用と弱い相互作用の力は、作用半径が短くなります。核力は、核粒子を取り囲む非常に小さな領域でしか感じられません。電磁力の範囲が広いということは、ブラックホールから遠く離れているため、このホールが帯電しているかどうかを調べる実験を行うことができることを意味します。ブラックホールが電荷 (正または負) または磁荷 (北磁極または若い磁極に対応) を持っている場合、遠くにいる観測者は高感度機器を使用してこれらの電荷の存在を検出できます。 1960 年代後半から 1970 年代前半にかけて、天体物理学者 - 理論家たちはこの問題に懸命に取り組みました: ブラックホールのどのような性質が保存され、どのような性質が失われるのか? 遠く離れた観測者によって測定できるブラックホールの特徴は、その質量、電荷とその角運動量。これらの 3 つの主要な特性は、ブラックホールの形成中に保持され、その近くの時空ジオメトリを決定します。言い換えれば、ブラックホールの質量、電荷、角運動量を設定すると、それに関するすべてが既知になります。ブラックホールには、質量、電荷、角運動量以外の特性はありません。したがって、ブラックホールは非常に単純なオブジェクトです。それらは、ブラックホールが出現する星よりもはるかに単純です。 G. Reisner と G. Nordström は、アインシュタインの重力場方程式の解を発見しました。これは、「帯電した」ブラックホールを完全に表しています。このようなブラックホールは、電荷 (正または負) および/または磁荷 (磁極の北極または南極に対応) を持っている可能性があります。帯電した物体が一般的である場合、磁気帯電した物体はまったくありません。磁場を持つ物体 (たとえば、通常の磁石、コンパスの針、地球) は、必然的に北極と南極の両方を同時に持っています。ごく最近まで、ほとんどの物理学者は、磁極は常にペアでしか発生しないと信じていました。しかし、1975 年にバークレーとヒューストンの科学者グループが、実験の 1 つで磁気モノポールを発見したと発表しました。これらの結果が確認されれば、別々の磁荷が存在する可能性があることがわかります。北の磁極は南の磁極とは別に存在する可能性があり、その逆も成り立ちます。 Reisner-Nordström 解は、ブラックホール内の単極磁場の存在を考慮に入れます。ブラックホールがどのように電荷を獲得したかに関係なく、Reisner-Nordström 解におけるこの電荷のすべての特性は、1 つの特性 - 数 Q に結合されます。この特性は、シュヴァルツシルト解が黒穴はその質量を獲得しました。この場合、Reisner-Nordström 解の時空間ジオメトリは、電荷の性質に依存しません。それは正、負、北磁極または南磁極に対応することができます - その完全な値のみが重要であり、|Q| と書くことができます。したがって、Reisner-Nordström ブラックホールの特性は、ホールの総質量 M とその総電荷 |Q| という 2 つのパラメーターのみに依存します。 (つまり、その絶対値から)。私たちの宇宙に実際に存在する可能性のある真のブラックホールについて考えると、物理学者は、電磁力が重力よりもはるかに大きいため、Reisner-Nordström 解はそれほど重要ではないことが判明したという結論に達しました。たとえば、電子または陽子の電場は、それらの重力場よりも何兆倍も強力です。これは、ブラックホールが十分に大きな電荷を持っている場合、電磁起源の巨大な力が、空間に「浮遊」しているガスと原子をあらゆる方向に急速に散乱させることを意味します. 最短時間で、ブラックホールと同じ電荷符号を持つ粒子は強力な反発を経験し、反対の電荷符号を持つ粒子は同じように強力な引力を経験します。反対の符号の電荷を持つ粒子を引き寄せることによって、ブラックホールはすぐに電気的に中性になります。したがって、実際のブラックホールにはわずかな電荷しかないと仮定できます。真のブラックホールの場合、|Q| の値は実際、宇宙に実際に存在する可能性のあるブラックホールの質量 M は |Q| よりも少なくとも 10 億倍大きくなければならないという計算が導き出されます。

次に、ブラックホールが電気機械 (電気モーター、ダイナモなど) としてどのように機能するかについての話に移ります。

まず第一に、ブラックホールの境界の驚くべき特性を理解する必要があります。

米。 5. ブラックホール付近の電荷の電場の力線。プラスとマイナスは、ブラックホールの端にある架空の表面電荷を表します。

外部の観察者の観点からは、特定の電気特性を備えた「膜」として現れます。

ここで何が問題なのかを理解するために、回転していない帯電していないブラックホールの近くにある電荷の電場を考えてみましょう。すでに述べたように、ブラックホールの近くの 3 次元空間は湾曲しているため、図 1 に示すように、このフィールドのフィールドラインは非常に異常に見えます。 5. この図はもちろん模式的なものであり、平らな紙に曲がった空間の線の構成を描くことは不可能です。磁力線の一部が曲がって、ブラックホールから離れた空間に出ていることがわかります。他の磁力線はブラックホールに寄りかかっています。

これに限って言えば、ブラックホールが帯電していることになります。実際、ガウスの法則は、閉じた表面を横切る力線の数がその内部の総電荷を決定すると述べていることを知っています. しかし、私たちのブラックホール全体は帯電していません。これは、ブラックホールに入る力の線がある場合、そこから出てくる線があるに違いないことを意味します。実際、電場の力線は電荷とは反対側からブラックホールから出て、ブラックホールから遠ざかっていることがわかります。このようなフィールドの複雑な構成は、空間の強い曲率に関連付けられています。

図の力線。ブラックホールの表面は導電性の球体のように見え、電荷の外側から近づくと、導電性の球体の自由電荷の分極が発生します。反対の電荷

米。 6. ブラックホールの境界における架空の表面電流。自転によるブラックホールオブラート

近づいたものと比較して、サインはそれに引き付けられ、球の片側に集められます。近づいてくるものと同じ符号の電荷は反発し、反対側から集められます（図5を参照）。このような類推により、ブラックホールの表面に (架空の) 電荷があり、外部電場の力線が終点にあると条件付きで仮定することができます。

電荷をブラックホールに近づけるプロセスをより詳細に考えてみましょう。電荷に近づく過程で、ブラックホールの架空の表面電荷の分布が変化します。反対の符号の電荷は、近づいてくる電荷の真下にある点に引き寄せられます。したがって、(架空の) 電流がブラックホールの表面を流れると仮定できます。さらに、この電流の強さを、電荷が近づいたときにブラックホールの表面に沿って作用する電場の強さに関連付けることができます。

この関係は、よく知られているオームの法則の形をしています。ここでは、ブラックホールの (架空の) 表面抵抗で表しています。詳細な検査では、または通常の単位で 377 オームに等しいことが示されます。

したがって、最も単純な電気力学的問題をすでに検討したところ、ブラックホールの表面は特定のエネルギーを備えた膜のように振る舞うことが示されています。

電気特性。より複雑な問題を検討すると、この観点が裏付けられます。例えば、符号が反対の 2 つの電荷の流れがブラックホールの表面の異なる部分に落ちたとします (図 6)。その結果、ブラックホールの総電荷は変化しません。すると、図のようにプラスの電荷Aが落ちたところからマイナスの電荷Bが落ちたところに向かって表面電流が流れると考えられます。 6.

実際には、ブラックホールの表面電荷と電流 (および物質表面自体) は存在しないことを、もう一度読者に思い出してもらう必要があります。ある観測者がブラックホールに落ちた場合、その観測者は、地平線を横切るときに物質面、電荷、電流に遭遇しません。これらの架空の量の導入は、観察者の視点から見た、ブラックホールの境界近くの電場 (および、後で説明するように磁場) の磁力線の挙動を表す視覚的な方法にすぎません。「ブラックホールから遠く離れたところにある。このような表現は非常に便利で視覚的であり、導電球を使用した実験室実験の分析に慣れている私たちの直感が機能することを可能にします。これにより、一般相対性理論が扱う曲がった 4 次元時空に関する複雑なアイデアや計算に頼ることなく、特定の条件下でのブラックホールの挙動を比較的簡単な方法で想像することができます。

将来的には、ブラックホールの表面電荷と電流の概念の架空性を毎回指定することなく、説明した表現を使用します。

次に、ブラックホールが電気回路と電気機械のさまざまな要素の役割を果たす方法について考えてみましょう。この一連の研究は現在、アメリカの物理学者キップ・ソーンと彼の同僚によって活発に開発されています。もちろん、構造の技術的な詳細については説明しませんが、一般的なスキームのみを示します。

ブラックホールの電荷は何ですか? 天文学的な規模の「通常の」ブラックホールの場合、この質問はばかげて無意味ですが、ミニチュアのブラックホールの場合は非常に重要です。小型のブラックホールが陽子よりも電子を少し多く食べて、負の電荷を獲得したとしましょう。帯電した小型ブラックホールが密度の高い物質の中にあるとどうなりますか?

まず、ブラックホールの電荷を大まかに見積もってみましょう。ブラックホールに落下する荷電粒子の数を、その出現につながった tiryampampation の最初から数えて、それらの電荷の合計を始めましょう: 陽子 - +1、電子 - -1。これをランダムなプロセスと考えてください。各ステップで +1 を得る確率は 0.5 であるため、ランダムウォークの典型的な例があります。素電荷で表されるブラックホールの平均電荷は、次のようになります。

Q =平方根(2N/π)

ここで、N はブラックホールに吸収される荷電粒子の数です。

私たちのお気に入りの 14 キロトンのブラックホールを取り上げて、それがどれだけの荷電粒子を食べたかを計算してみましょう。

N = M/m プロトン = 1.4*10 7 /(1.67*10 -27) = 8.39*10 33
したがって、q = 7.31*10 16 素電荷 = 0.0117 C. 少し思えるかもしれません-そのような電荷は、20ワットの電球のフィラメントを1秒で通過します。しかし、静電荷の場合、値は病的ではなく（そのような総電荷を持つ陽子の束は0.121ナノグラムの重さです）、素粒子のサイズの物体の静電荷の場合、値は単にクソです.

帯電したブラックホールが比較的密度の高い物質の中に入るとどうなるか見てみましょう。まず、最も単純なケース、つまりガス状の二原子水素を考えてみましょう。圧力は大気圧、温度は室温と仮定します。

水素原子のイオン化エネルギーは 1310 kJ/mol、つまり原子あたり 2.18*10 -18 です。水素分子の共有結合エネルギーは 432 kJ/mol、つまり 1 分子あたり 7.18*10 -19 J です。電子を原子から引き離す必要がある距離は、10 -10 m としますが、これで十分と思われます。したがって、イオン化中に水素分子の電子対に作用する力は、5.10 * 10 -8 N に等しくなければなりません。1 つの電子の場合、2.55 * 10 -8 N.

クーロンの法則によると

R = sqrt(kQq/F)

14 キロトンのブラックホールの場合、R = sqrt (8.99*10 9 *0.0117*1.6*10 -19 /2.55*10 -8) = 2.57 cm です。

原子から引き裂かれた電子は、少なくとも 1.40 * 10 32 m/s 2 (水素)、イオン - 少なくとも 9.68 * 10 14 m/s 2 (酸素) の開始加速を受けます。必要な電荷のすべての粒子がブラックホールに非常に速く吸収されることは間違いありません. 反対の電荷のエネルギー粒子が環境に投入される時間を計算することは興味深いでしょうが、積分のカウントが壊れます:-(積分なしでこれを行う方法がわかりません:-(オフハンド、視覚効果は異なります非常に小さなボールの稲妻から完全にまともな火の玉まで。

他の誘電体では、ブラックホールはほぼ同じことを行います。酸素のイオン化半径は 2.55 cm、窒素の場合は 2.32 cm、ネオンの場合は 2.21 cm、ヘリウムの場合は 2.07 cm です。結晶の場合、誘電率は方向によって異なり、イオン化ゾーンは複雑な形状になります。ダイヤモンドの場合、平均イオン化半径 (誘電率の表の値に基づく) は 8.39 mm になります。私はほとんどどこでも小さなことについて嘘をついたと確信していますが、大きさの順序はこのようになるはずです.

そのため、誘電体に入ったブラックホールは、少量の誘電体がプラズマに変換されることを除いて、特別な効果を生み出すことなく、その電荷を急速に失います。

金属やプラズマに衝突すると、静止した荷電ブラックホールはその電荷をほぼ瞬時に中和します。

では、ブラックホールの電荷が、星の腸内のブラックホールにどのように影響するかを見てみましょう。論文の最初の部分では、太陽の中心にあるプラズマの特性がすでに与えられています - 15,000,000 Kの温度で1立方メートルあたり150トンの電離水素。これらの条件下での陽子の熱速度は 498 km/s ですが、電子はほぼ相対論的な速度である 21,300 km/s で飛行します。このような高速の電子を重力で捕獲することはほとんど不可能であるため、陽子の吸収と電子の吸収が平衡に達するまで、ブラックホールは急速に正の電荷を獲得します。どのようなバランスになるか見てみましょう。

ブラックホールの側面から陽子に作用する重力

F p \u003d (GMm p - kQq) / R 2

そのような力の最初の「エレクトロスペース」:-) 速度は、次の式から得られます。

mv 1 2 /R = (GMm p - kQq)/R 2

v n1 = sqrt((GMm n - kQq)/mR)

陽子の 2 番目の「電気宇宙」速度は、

v n2 = sqrt(2)v 1 = sqrt(2(GMm n - kQq)/(m n R))

したがって、陽子吸収半径は

R p = 2(GMm p - kQq)/(m p v p 2)

同様に、電子吸収半径は

R e \u003d 2 (GMm e + kQq) / (m e v e 2)

陽子と電子が同じ強度で吸収されるには、これらの半径が等しくなければなりません。