Cosa deve fare la massa di un buco nero perché la sua massa divisa per il suo volume sia uguale alla densità dell'acqua (1g / cm ^ 3)?

Cosa deve fare la massa di un buco nero perché la sua massa divisa per il suo volume sia uguale alla densità dell'acqua (1g / cm ^ 3)?
Anonim

Risposta:

# ~ 7 xx 10 ^ 21 # masse solari

Spiegazione:

Nel modo più semplice, un buco nero può essere pensato come una stella collassata in cui tutta la massa è concentrata in un singolo punto nello spazio, la singolarità. Perché è un punto, non c'è volume. La densità della singolarità è quindi infinita indipendentemente dalla massa.

# "density" = "mass" / "volume" = "massa" / 0 = oo #

Detto questo, i buchi neri hanno un orizzonte degli eventi, che è il punto in cui la luce viene "catturata" dal buco nero.Se consideriamo questo orizzonte degli eventi come un confine sferico per il buco nero, possiamo usare il suo volume per il calcolo della densità invece della singolarità. In effetti, stiamo calcolando la densità "media" all'interno dell'orizzonte degli eventi. Il raggio dell'orizzonte degli eventi, chiamato Raggio di Schwarzschild, può essere trovato usando quanto segue;

#R = (2MG) / c ^ 2 #

Dove # M # è la massa della singolarità, # G # è il coefficiente di gravità, e # C # è la velocità della luce nel vuoto. Il volume del nostro orizzonte degli eventi sferici è quindi;

#V = pi R ^ 2 = 4pi (MG) ^ 2 / c ^ 4 #

La nostra formula di densità dall'alto è ora molto più interessante.

#rho = c ^ 4 / (4piMG ^ 2) #

Oppure, con un po 'di riorganizzazione, #M = c ^ 4 / (4pi rho G ^ 2) #

Collegando le costanti e la densità dell'acqua, #rho = 1 "g / cm" ^ 2 #, possiamo risolvere per la nostra massa.

#M = (3xx10 ^ 10 "cm / s") ^ 4 / (4 pi (1 "g / cm" ^ 2) (6,67 xx 10 ^ -8 "cm" ^ 3 "/ g / s" ^ 2) ^ 2) = 1,45 xx 10 ^ 55 g #

In termini più significativi, questo è equivalente a # ~ 7 xx 10 ^ 21 # masse solari, all'interno della gamma di buchi neri stellari. Vorrei ribadire che questa è la densità media per un buco nero e non riflette necessariamente la distribuzione effettiva della materia all'interno dell'orizzonte degli eventi. Un trattamento tipico dei buchi neri mette efficacemente tutta la massa nella singolarità infinitamente densa.