Fotonsfeer stabiele omloopbaan

[Gast]

Dag,

Is een stabiele baan in een fotonsfeer mogelijk?

-Tommy

[Bladerunner]

De fotonsfeer is juist de laatste stabiele baan die je kunt hebben rond een zwart gat. Dat wil overigens niet zeggen dat elk foton in die baan terechtkomt want dat hangt van de invalshoek af.
https://phys.org/news/2014-03-orbit-black-hole.html

(Ga naar 1:50 van de video.)

Uiteraard geldt dit alleen voor fotonen, als je het over iets anders hebt wordt het SF want je moet dan de lichtsnelheid kunnen behalen.

[Gast]

Ja. Ok dank je wel. Dit dacht ik, alleen op een ander platform zijn de meningen verdeeld. Dus begon aan mezelf te twijfelen.

(Geldt overigens wel alleen voor Schwarzschild zwarte gaten zoals ik het begrijp.)

[HansH]

Is het niet zo dat die baan feitelijk een oneindig dun schilletje is? en licht een golf die altijd divergeert? Dus dan zou een lichtstraal nooit lang in die baan kunnen blijven en snel opsplitsen in een deel wat wegvliegt en een deel wat in het zwarte gat verdwijnt, dus blijft er al snel niets meer over.

[Bladerunner]

Een fotonsfeer is alleen perfect bij een niet roterend Schwarzschild zwart gat. Het is ook geen 'gebied' maar wordt gedefinieerd door een bol oppervlak. Fotonen kunnen in zo'n geval oneindig in die baan blijven. Bij een normaal zwart gat echter dat dus roteert en waarbij er vaak ook nog eens sprake is van invallende materie die dus het licht divergeert zal dit dus niet gauw gebeuren en als het gebeurt ook niet lang duren. (minder dan één orbit want de baan is dan niet stabiel)

De straal van de fotonsfeer rond het Schwarzschild gat is gelijk aan: 3*r/2. Dus een zwart gat van b.v. r=150 km heeft een fotonsfeer van r=225 km.

[Gast]

Maar is het niet zo dat voor individuele fotonen dit niet kan vanwege waarschijnlijkheidsverdeling (kwantummechanica)?

[Bladerunner]

Uit onderstaande link:

"The red ring above labeled the photon sphere is also called the photon ring. The photon sphere is also called the innermost stable circular orbit (ISCO). This is another mathematical theoretical boundary. As the gas and other material in the accretion disk spin closer and closer to the black hole, they travel faster and faster approaching the speed of light. The photon sphere is the point where only light photons can travel fast enough at the full speed of light to continuously orbit the black hole. Again, this is a theoretical radius equal to one and a half times the event horizon radius - the Schwarzschild Radius.

In real life even photons would have a tough time orbiting the ISCO for any length of time because they would eventually collide with another photon and either travel off into the future or fall into the event horizon and be lost. Therefore the photon sphere is in real life an unstable reference point. However it is very useful for mathematical calculations of the innermost ring of the accretion disk."

http://www.blackholecentral.com/bh_in_depth_page.html

Het is dus vooral een theoretisch iets. De kans dat er ook een stel fotonen lange tijd in vertoeven is zo goed als nul, maar de vraag was of die baan dan stabiel was, en dat is hij dus.

[Gast]

Ok top. Dank je.

Leuke site.

[Xilvo]

In real life even photons would have a tough time orbiting the ISCO for any length of time because they would eventually collide...

Fotonen 'botsen' maar uiterst zelden, zeker als ze niet zeer hoge energie hebben.
Ik denk dat divergeren van een lichtbundel, zoals HansH hierboven al noemt een veel en veel grotere rol speelt.

[Bladerunner]

Het woord "collide" op deze site is ook niet het juiste woord. Fotonen botsen nooit zoals b.v. protonen dat doen want fotonen hebben geen structuur vanwege dat het elementaire deeltjes zijn (boson groep) en in tegenstelling tot fermionen niet onderhevig zijn aan het Pauli exclusion principle.

[dirk visser]

In tegenstelling tot een baan van b.v. de Aarde om de Zon die beschreven wordt met de klassieke mechanica, is een baan van een foton op 1.5 r afstand (r is de Schwartzschildstraal) van het centrum van een zwart gat instabiel, door een kleine verstoring gaat hij naar binnen of naar buiten spiraliseren. Als hij naar buiten spiraliseert verliest hij 2/3 van zijn energie en gaat uiteindelijk een rechte lijn volgen die, als je die rechte lijn terug doortrekt tot bij het zwarte gat, het centrum van dat gat passeert op 2.5 r.