Mörk stjärna (Newtonsk mekanik)

Den här artikeln handlar om astronomiska objekt som beskrivits av Newtons mekanik. För det moderna konceptet baserat på mörk materia, se mörk stjärna (mörk materia) . För det moderna konceptet baserat på mörk energi, se mörk energistjärna .

En mörk stjärna är ett teoretiskt föremål som är kompatibelt med Newtonsk mekanik som, på grund av sin stora massa, har en ythastighet som är lika med eller överstiger ljusets hastighet . Huruvida ljus påverkas av gravitationen under Newtons mekanik är oklart, men om det skulle accelereras på samma sätt som projektiler, skulle allt ljus som sänds ut på ytan av en mörk stjärna fångas av stjärnans gravitation , vilket gör den mörk, därav namnet. Mörka stjärnor är analoga med svarta hål i allmän relativitetsteori .

Dark star teori historia

John Michell och mörka stjärnor

Under 1783 skrev geologen John Michell ett brev till Henry Cavendish som beskriver de förväntade egenskaperna hos mörka stjärnor, publicerat av The Royal Society i deras volym från 1784. Michell beräknade att när flykthastigheten vid ytan av en stjärna var lika med eller större än ljushastigheten, skulle det genererade ljuset fångas in genom gravitation så att stjärnan inte skulle vara synlig för en avlägsen astronom.

Om halvdiametern för en sfär med samma densitet som solen skulle överstiga solens i proportionen 500 till 1, skulle en kropp som faller från en oändlig höjd mot den ha erhållit en högre hastighet vid sin yta än den för ljus, och följaktligen anta att ljuset attraheras av samma kraft i proportion till dess vis tröghet, med andra kroppar, skulle allt ljus som sänds ut från en sådan kropp fås att återvända mot den av dess egen rätta gravitation. Detta förutsätter att gravitationen påverkar ljuset på samma sätt som massiva föremål.

Michells idé för att beräkna antalet sådana "osynliga" stjärnor förutsåg 1900-talets astronomers arbete: han föreslog att eftersom en viss andel av dubbelstjärniga system kan förväntas innehålla minst en "mörk" stjärna, kunde vi söka efter och katalogisera så många dubbelstjärniga system som möjligt och identifiera fall där endast en enda cirkulerande stjärna var synlig. Detta skulle sedan ge en statistisk baslinje för att beräkna mängden annan osynlig stjärnmateria som kan finnas förutom de synliga stjärnorna.

Mörka stjärnor och gravitationsförskjutningar

Michell föreslog också att framtida astronomer skulle kunna identifiera tyngdkraften på en avlägsen stjärna genom att se hur långt stjärnans ljus flyttades till den svagare änden av spektrumet, en föregångare till Einsteins argument för gravitationsförskjutning från 1911. Men Michell citerade Newton för att säga att blått ljus var mindre energiskt än rött (Newton trodde att mer massiva partiklar var förknippade med större våglängder), så Michells förutspådda spektralförskjutningar var i fel riktning. Det är svårt att säga om Michells noggranna citering av Newtons ställningstagande till detta kan ha speglat en bristande övertygelse från Michells sida om huruvida Newton var korrekt eller bara akademisk grundlighet.

Vågteori om ljus

År 1796 främjade matematikern Pierre-Simon Laplace samma idé i den första och andra upplagan av sin bok Exposition du système du Monde , oberoende av Michell.

På grund av utvecklingen av vågteorin om ljus, kan Laplace ha tagit bort det från senare upplagor eftersom ljus kom att betraktas som en masslös våg, och därför inte påverkas av gravitationen och som en grupp, fysiker släppte idén även om den tyska fysikern , matematikern och astronomen Johann Georg von Soldner fortsatte med Newtons korpuskulära teori om ljus så sent som 1804.

Jämförelser med svarta hål

Indirekt strålning
Mörka stjärnor och svarta hål har båda en ytutrymningshastighet lika med eller större än ljushastigheten och en kritisk radie på r ≤ 2 M .
Den mörka stjärnan kan emellertid sända ut indirekt strålning – utåtriktat ljus och materia kan lämna r = 2 M -ytan en kort stund innan den återfångas, och medan de är utanför den kritiska ytan, kan de interagera med annan materia eller accelereras fri från stjärna genom sådana interaktioner. En mörk stjärna har därför en sällsynt atmosfär av "besökande partiklar", och denna spöklika gloria av materia och ljus kan stråla ut, om än svagt. Också eftersom snabbare än ljushastigheter är möjliga i Newtons mekanik, är det möjligt för partiklar att fly.
Strålningseffekter
En mörk stjärna kan avge indirekt strålning enligt beskrivningen ovan. Svarta hål som beskrivs av nuvarande teorier om kvantmekanik sänder ut strålning genom en annan process, Hawking-strålning , som först postulerades 1975. Strålningen som sänds ut av en mörk stjärna beror på dess sammansättning och struktur; Hawking-strålning, enligt no-hair-satsen , anses generellt bara bero på det svarta hålets massa, laddning och rörelsemängd, även om informationsparadoxen för det svarta hålet gör detta kontroversiellt.
Ljusböjningseffekter
Om Newtons fysik har en gravitationsavböjning av ljus ( Newton , Cavendish , Soldner ), förutspår generell relativitetsteori dubbelt så mycket avböjning i en ljusstråle som skummar mot solen. Denna skillnad kan förklaras av det ytterligare bidraget från rymdens krökning under modern teori: medan Newtonsk gravitation är analog med rymdtidskomponenterna i den allmänna relativitetsteoriens Riemann-kurvaturtensor, innehåller krökningstensoren bara rent rumsliga komponenter, och båda formerna av krökning bidra till den totala avböjningen.

Se även

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Dark_star_(Newtonian_mechanics)&oldid=1115448598 "