ブラックホールの質量をその体積で割った値が水の密度(1g / cm ^ 3)と等しくなるためには、ブラックホールの質量は何である必要がありますか?

ブラックホールの質量をその体積で割った値が水の密度(1g / cm ^ 3)と等しくなるためには、ブラックホールの質量は何である必要がありますか?
Anonim

回答:

#〜7 xx 10 ^ 21# 太陽質量

説明:

最も簡単に言えば、ブラックホールは、すべての質量が空間内の単一の点、つまり特異点に集中している、崩壊した星として考えることができます。ポイントですのでボリュームがありません。そのため、特異点の密度は質量に関係なく無限大です。

# "密度" = "質量" / "体積" = "質量" / 0 = oo#

とは言っても、ブラックホールにはイベントの地平線があり、それはブラックホールによって光が「捕らえられる」ポイントです。この出来事の地平線をブラックホールのための球形の境界として扱うならば、密度の計算に特異点の代わりにその体積を使うことができます。事実上、イベント期間内の「平均」密度を計算しています。 Schwarzschild Radiusと呼ばれるイベントの地平線の半径は、次の式で求められます。

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

どこで #M# 特異点の質量 #G# は重力係数です。 #c# 真空中の光速です。それゆえ、私たちの球状のイベントの地平線の体積は、です。

#V =πR ^ 2 =4π(MG)^ 2 / c ^ 4#

上からの私達の密度公式は今もっとずっとおもしろい。

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

または、少し並べ替えて、

#M = c ^ 4 /(4πρG ^ 2)#

水の定数と密度を差し込む #rho = 1 "g / cm" ^ 2#、私達は私達の固まりのために解決することができます。

#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#

より意味のある用語では、これは以下と同等です。 #〜7 xx 10 ^ 21# 恒星ブラックホールの範囲内の太陽質量。これはブラックホールの平均密度であり、必ずしもイベントの範囲内での実際の物質の分布を反映しているわけではないことを繰り返したいと思います。ブラックホールの典型的な取扱いは、すべての質量を無限に密集した特異点に効果的に置きます。