Ioana Duţan Gaurile negre – 1/22

Gauri negre

Ioana DuţanInstitutul de Ştiinţe Spaţiale, Bucureşti-Măgurele

18 May 2013

SUMAR

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 2/22

Ce sunt gaurile negre ?

Cum se formeaza ?

Unde credem ca exista ?

Cum cresc ?

Galaxii cu nucleu activ

Sisteme binare

SUMAR

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 2/22

Ce sunt gaurile negre ?

Cum se formeaza ?

Unde credem ca exista ?

Cum cresc ?

Galaxii cu nucleu activ

Sisteme binare

SUMAR

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 2/22

Ce sunt gaurile negre ?

Cum se formeaza ?

Unde credem ca exista ?

Cum cresc ?

Galaxii cu nucleu activ

Sisteme binare

SUMAR

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 2/22

Ce sunt gaurile negre ?

Cum se formeaza ?

Unde credem ca exista ?

Cum cresc ?

Galaxii cu nucleu activ

Sisteme binare

SUMAR

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 2/22

Ce sunt gaurile negre ?

Cum se formeaza ?

Unde credem ca exista ?

Cum cresc ?

Galaxii cu nucleu activ

Sisteme binare

SUMAR

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 2/22

Ce sunt gaurile negre ?

Cum se formeaza ?

Unde credem ca exista ?

Cum cresc ?

Galaxii cu nucleu activ

Sisteme binare

CE SUNT GAURILE NEGRE ?

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 3/22

Ce sunt gaurile negre ?

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 4/22

“dark stars” Michelle 1784

prezise si de Einstein 1915

calculate de Schwarzschild1916 (nerotative) si Kerr 1963(rotative)

teorema “no hair”: o gauraneagra se poate caracterizadoar prin masa, spin si sarcina

de dincolo de orizont = nicioinformatie

ergosfera = acolo nimic nupoate sta fix, ci se roteste inacelasi sens cu gaura neagra

CUM SE FORMEAZA GAURILE NEGRE ?

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 5/22

Cum se formeaza gaurile negre ?

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 6/22

prin colaps gravitational:forta gravitationala > forta depresiune din interior

masa dupa colaps pentru aavea o gaura neagra:M > 1.4M⊙

raza gaurii negre: r = GMc2 = 1

Cum se formeaza gaurile negre ?

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 6/22

prin colaps gravitational:forta gravitationala > forta depresiune din interior

masa dupa colaps pentru aavea o gaura neagra:M > 1.4M⊙

raza gaurii negre: r = GMc2 = 1

UNDE CREDEM CA EXISTA ?

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 7/22

Unde credem ca exista ?

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 8/22

in centrul galaxiilor cu nucleu activ = gauri negre supermasiveM ∼ 107 −109 M⊙, unde M⊙ = masa Soarelui

in sisteme binare = gauri negre de masa stelaraM ∼ cateva M⊙

in universul timpuriu = gauri negre primordialela scara atomica, radiatia Hawking: “evaporarea” gaurilor negre

CUM CRESC GAURILE NEGRE ?

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 9/22

Cum creste o gaura neagra ?

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 10/22

prin acretie: gaz si praf dinmediul interstelar al galaxiei

prin inghitirea stelelor

prin ciocnire: GN-GN saugalaxie-galaxie

GALAXII CU NUCLEU ACTIV

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNACum ?

Cen A

SpectreSpectreleGNA-urilor

GNA

Sincrotron

Masa GN

“Umbra” GN

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 11/22

Cum vedem galaxiile ?

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNACum ?

Cen A

SpectreSpectreleGNA-urilor

GNA

Sincrotron

Masa GN

“Umbra” GN

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 12/22

spectrul radiatiei electromagnetice

Centaurus A

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNACum ?

Cen A

SpectreSpectreleGNA-urilor

GNA

Sincrotron

Masa GN

“Umbra” GN

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 13/22

Centaurus A (Cen A): M ∼ 107 M⊙, d ∼ 1020 km, ljet ∼ 1017 km

format prin ciocnirea a doua galaxii acum ∼ 109 ani (1010.14 ani)

energia jeturilor provine din energia de rotatie a gaurii negre

Spectrul de emisie al hidrogenului

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNACum ?

Cen A

SpectreSpectreleGNA-urilor

GNA

Sincrotron

Masa GN

“Umbra” GN

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 14/22

spectrul de emisie al hidrogenului consta din patru linii de intensi-tati diferite

Spectrul de emisie al hidrogenului

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNACum ?

Cen A

SpectreSpectreleGNA-urilor

GNA

Sincrotron

Masa GN

“Umbra” GN

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 14/22

spectrul de emisie al hidrogenului consta din patru linii de intensi-tati diferite

Spectrele galaxiilor cu nucleu activ

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNACum ?

Cen A

SpectreSpectreleGNA-urilor

GNA

Sincrotron

Masa GN

“Umbra” GN

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 15/22

Galaxii cu nucleu activ (GNA) = galaxii ale caror nuclee nu pot fiexplicate prin fizica stelara standard: un cluster masiv si dens destele sau o gaura neagra de masa stelara

Modelul de unificare al galaxiilor cu nucleu activ

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNACum ?

Cen A

SpectreSpectreleGNA-urilor

GNA

Sincrotron

Masa GN

“Umbra” GN

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 16/22

gaura neagra supermasiva(M ∼ 107 − 109 M⊙) ro-tativa, inconjurata de undisc de accretie

jeturile GNA:vjets ∼ 0.9−0.995cc = 3×108 m s−1, viteza lu-minii in vid

Modelul de unificare al galaxiilor cu nucleu activ

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNACum ?

Cen A

SpectreSpectreleGNA-urilor

GNA

Sincrotron

Masa GN

“Umbra” GN

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 16/22

Dihotomia radio: Anu-mite galaxii cu nucleu ac-tiv prezinta emisie puter-nica in radio, iar alteleemisie slaba, iar intre celedoua tipuri de galaxii nuavem nimic.

studiul dihotomiei este im-portant pentru cunoastereamecanismelor care stau labaza activitatii in nucleeacestor galaxii

Proiect desfasurat la Institutul deStiinte Spatiale, Magurele,in cadrul programului STAR

Modelul de unificare al galaxiilor cu nucleu activ

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNACum ?

Cen A

SpectreSpectreleGNA-urilor

GNA

Sincrotron

Masa GN

“Umbra” GN

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 16/22

gaura neagra supermasiva(M ∼ 107 − 109 M⊙) ro-tativa, inconjurata de undisc de accretie

in Blazari:viteze supraluminale, doaraparent datorita efectuluiDoppler

Radiatia de sincrotron in jeturile GNA: M87

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNACum ?

Cen A

SpectreSpectreleGNA-urilor

GNA

Sincrotron

Masa GN

“Umbra” GN

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 17/22

emisie de radiatie de sin-crotron pe tot spectrul decontinuum (de la X-ray panain radio)

Radiatia de sincrotron in jeturile GNA: M87

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNACum ?

Cen A

SpectreSpectreleGNA-urilor

GNA

Sincrotron

Masa GN

“Umbra” GN

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 17/22

rezolutie mai buna cu VLBI (Very Long Base Interferometry);lungimi de unda mai mici

corelator: interferenta undelor coerente de la statiile VLBI

Radiatia de sincrotron in jeturile GNA: M87

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNACum ?

Cen A

SpectreSpectreleGNA-urilor

GNA

Sincrotron

Masa GN

“Umbra” GN

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 17/22

rezolutie mai buna cu VLBI (Very Long Base Interferometry);lungimi de unda mai mici

corelator: interferenta undelor coerente de la statiile VLBI

Sagittarius A∗ (Sgr A∗): determinarea masei gaurii negre

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNACum ?

Cen A

SpectreSpectreleGNA-urilor

GNA

Sincrotron

Masa GN

“Umbra” GN

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 18/22

Sgr A∗ = centrul galaxiei noas-tre

masa gaurii negre din miscareaKepleriana a stelelor in jurul eiM ∼ 106 M⊙

Sagittarius A∗ (Sgr A∗): determinarea spinului gauriinegre

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNACum ?

Cen A

SpectreSpectreleGNA-urilor

GNA

Sincrotron

Masa GN

“Umbra” GN

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 19/22

urmarirea radiatiei emise de catre un element din discul de acretie;cand acesta trece prin “spatele” gaurii negre, apare o scadere a in-tensitatii radiatiei emise, deci o “umbra”

SISTEME BINARE

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 20/22

Sisteme binare emitatoare de radiatie X

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 21/22

emit copios in domeniul radiatiilor X datorita incalzirii gazului dindiscul de acretie al gaurii negre

Cygnus X-1

SUMAR

CE SUNT ?

CUM SEFORMEAZA ?

UNDE ?

CUM CRESC ?

GNA

BINARE

Ioana Duţan Gaurile negre – 22/22

cea mai apropiata gaura neagra de noi, 5×1016 km

gaura neagra de masa stelara, M ∼ 14.8×M⊙

orizontul executa 800 rotatii pe sec

stea “albastra”, M ∼ 8−10×M⊙

SUMARCE SUNT GAURILE NEGRE ?Ce sunt gaurile negre ?

CUM SE FORMEAZA GAURILE NEGRE ?Cum se formeaza gaurile negre ?

UNDE CREDEM CA EXISTA ?Unde credem ca exista ?

CUM CRESC GAURILE NEGRE ?Cum creste o gaura neagra ?

GALAXII CU NUCLEU ACTIVECum vedem galaxiile ?Centaurus ASpectrul de emisie al hidrogenuluiSpectrele galaxiilor cu nucleu activModelul de unificare al galaxiilor cu nucleu activRadiatia de sincrotron in jeturile GNA: M87Sagittarius A* (Sgr A*): determinarea masei gaurii negreSagittarius A* (Sgr A*): determinarea spinului gaurii negre

SISTEME BINARESisteme binare emitatoare de radiatie XCygnus X-1