为什么当黑洞吞噬尘埃或气体时,只释放出无线电波而没有其他电磁波?

时间:2022-05-20 08:56:22   作者:
如果黑洞中的一个或两个都带电,那么是的,合并将产生电磁辐射,其频率主要与引力辐射相同,对于10个太阳质量黑洞的合并来说,电磁辐射的频率是400hz,对音乐家来说是中间a,尽管它啁啾。(例如:加速电荷辐射。)如果你想探测这种极低频辐射,那么拥有几英里长的天线将会有所帮助。

尽管到2020年还没有足够的直接证据,但人们普遍认为,大多数黑洞都是中性的,即电荷很小。如果是这样,合并产生的电磁辐射将是很小的。原则上,这是可能的,即黑洞物理定律(参见克尔-纽曼度量-维基百科)允许黑洞的电荷几乎与它们的质量一样大(以相对论单位)。对于10倍太阳质量的黑洞,这意味着电荷Q是10^21库仑。我不知道如此高电荷的黑洞是如何产生的,但也许它们是以某种方式产生的,包括我自己在内的所有人都蠢到不知道。

如果以光速的10%绕直径约5公里的圆周移动一个这样的电荷Q,会产生多少电磁辐射?大约10 ^ 49瓦。

LIGO首先探测到持续0.1秒的碰撞事件,并辐射出5*10^47焦耳的引力波能量,约为3个太阳质量的能量。它被认为是由两个质量分别为30和35倍太阳的黑洞合并而来。(引力波的首次观测-维基百科)所以假设两个近最大电荷质量为10倍太阳质量的黑洞合并可能会辐射约10^48焦耳的电磁能量,这与重力相当。波辐射的能量。但电磁辐射比同等功率的引力波辐射更容易被探测到。特别是一个10^49瓦的电磁源,10^9光年外,在地球上产生的功率通量是9毫瓦每平方米,如果它在可见光频率范围内,很容易被你的眼睛探测到。

但回到现实,每个人都怀疑自然黑洞是否有接近理论上最大电荷量的任何地方,如果它们的电荷量减少N倍,那么这种事件产生的电磁辐射将减少大约N^2倍。N可能至少是1万亿。

非常大的阵列射电望远镜的灵敏度(但在10^9 Hz的频率范围内)大约是10^(-30)瓦/米^2,所以如果有人建造了一个具有类似灵敏度的ELF望远镜,它将能够看到这种级别的信号,即使是N=10^14左右。然而,要让ELF望远镜有良好的方向控制,也就是良好的角分辨率是不可能的,除非它被制造得非常巨大,比如整个行星的大小。这应该是可能的——最近的“视界[射电]望远镜”的有效尺寸相当于整个行星,它确实成功了。此外,LIGO本身和它的姐妹重力波探测器结合在一起,它们现在分布在世界各地,就角度分辨率而言,它们的大小实际上可以与整个地球相媲美。

N = 10 ^ 14现实吗?嗯,我不知道。我怀疑N<10^29的带电黑洞可能在自然界中发生,但从10^14到10^29还有很长的路要走,这个问题可能太复杂了。与否。这就是为什么你要做实验来找出答案。

为了进行与这个问题相关的计算,假设黑洞是在x射线量级(即100 keV)的温度下由热的气体吸积盘形成的。(天鹅座X-1″黑洞发射x射线30 - 300kev。)假设热量以某种方式产生作用,使电子蒸发(排出),从而使黑洞获得正电荷。假设黑洞的半径是10km。我的观点是,一个半径为10公里,含0.1库仑的带电球体,对电子的电势,约为100kev。

因此,作为最初的猜测,我不认为一个只有太阳质量几级的自然黑洞的|电荷|超过大约0.1库仑。这在我们上面的N的术语中就是10^21阶的N。对于这么大的N,从技术上来说,探测黑洞合并产生的电磁辐射是不可能的。
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