"

6 Chapter 6 – What’s a black hole?

OpenStax Astronomy Chapter 24: Black Holes and Curved Spacetime

Stellar Mass Black Holes

Section 24.5

 

I.                                                                                    Black Holes

A. If the                                          of a                                                 star exceeds                Msun, it will                                              to a                                                                            

B. Can                                         two ways:

1.                                                                  :  if star was                                             enough,                            will keep                                                      down into a black hole

2.                                                         : neutron star in a                                      system exceeds mass limit

C. Black Hole:  very                                     (no size) and very                                           

1. Not even                                            travels fast enough to                                  its                                              

 

Black holes are formed by…

A.  A lack of light in a region of space
B.  Supernovae from the most massive stars
C.  Supernovae from binary stars
D.  Collapsed dark nebulae

 

Understanding Black Holes – Special Relativity

 

II.                                                                 

A.                                                       theory published in 1905

B.                                       and                                                 are the                                thing:                                                     

C.                                          can travel                                            than the                                                                , it is the Universe’s ultimate speed                                    

D.                                                         :                 -dimensions, both space and time                                        on our                                                                               

 

III.                                                                                         and Reference frames

A. Usually,                                                                depend on the                                                                         between objects, or                                                                            (where                       are                                                      from)

1. Example: Throw ball out window of car going 50 mph in same direction car is moving.                                       of ball looks                                    from in car (25 mph), side of road (75 mph), or in car going other way (125 mph)

B.                              ,                                                  will see that                                  moves at the                                                    (c) regardless of their                                                or reference frame

1. Example: Spaceship going by the Earth at half the speed of light (0.5c) and emits light, we’ll still see the light pass by the Earth at speed of                                    , not c + 0.5c

C.                                        passes more                                               in a                                                   reference frame

1.                                                                  : Moving clock runs                                            

2.                                                        : twin on fast moving spaceship ages                                           than twin on Earth

D. An object is                                                  in                                               than it is at rest

1. Length                                           : shorter in                                                 of motion

2. Example: Meter stick moving at 90% of speed of light is only                              m long

General Relativity

Sec 24.1, Sec 24.2, Sec 24.4, Sec 24.7

 

IV.                                                                           

A. Einstein’s theory of                                                      (1915), predicts black holes

B.                                                                           the geometry of                                                      

C.                                                      results from the                                        of                                                 objects move through

D.                                     of                                      depends on shape of spacetime, can be                                  by gravity

1. Gravitational                                                    : Light travels on the                                                   of spacetime, so                                                   can                                               the path of                                  

E. Gravity                                                                 

1. Gravitational                                           : Because                                  appears to                                       down, light appears to have                                             frequency, meaning longer                                                 , meaning                                        

2. Example:                                       satellites must account for this

F. Gravity causes                                                                                             in spacetime

1. Gravitational waves:                                              in the fabric of                                             that move at the speed of                                            

2. Detected with                                    (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) in Livingston, LA and Washington state in 2015

 

Photons have no mass, and Einstein’s theory of general relativity says:

A.  Their paths through spacetime are curved in the presence of a massive body
B.  Their apparent speeds depend on the observer’s frame of reference
C.  They should not be attracted to a massive object
D.  Their wavelengths must remain the same as they travel through spacetime

 

 

Black Holes with Relativity

Section 24.5

 

V.                                                                                in spacetime

A.                                                                  : extreme                                                  or                                              small and deep                                              in spacetime

1. No size or                                             

2. Can’t explain the                                                    there

B.                                                                                                                   of black hole, Schwarzschild radius

1. Where                                          from inside                                                                    because the                                                from the black hole’s gravity is the                                                            , nothing can go fast enough to escape

2. Time                                             here, time dilation at most extreme

3. Very                                   : Event horizon of 1 Msun black hole about                          miles across

4.                                                                       forces and gravitational                                         

a. Example: Force between your head and foot about a                                         times more than Earth’s gravity

 

Finding Black Holes

Section 24.6

 

VI.                                                       Black Holes

A. Can be found by                                        of their                                                     on                                                          

B. See                                              from                                                    systems that include a                                                           

C. See Gravitational                                              from binary or                                                  black holes

 

Black holes that are stellar remnants can be found by searching for:

A. dark regions at the centers of galaxies
B. extremely luminous infrared object
C. variable X-ray sources
D. objects that emit very faint radio emission

 

Tutorial Activity – Black Holes

“Elementary Astronomy Worksheet Handout 20: Stellar Remnants” (modified by Kaisa E. Young) by Catherine Whiting via OER Commons, licensed under CC BY 4.0, https://oercommons.org/courses/elementary-astronomy-worksheets

 

1. What is a black hole?

 

 

2. How do stellar-mass black holes form?

 

 

3. What would happen to the orbit of the Earth if the Sun were to suddenly become a black hole?

 

 

4. Partner A will take a journey into a black hole. Partner B will stay safely away from the black hole and watch. Partner A will carry a clock and emit a blue light signal towards Partner B. Describe what Partner B will observe as Partner A falls in:

(a) How will the time on Partner A’s clock compare with the time on Partner B’s clock?

 

(b) How will the blue light look to Partner B?

 

(c) What else might Partner B observe as Partner A gets near and crosses the Event Horizon?

 

 

 

License

Icon for the Creative Commons Attribution 4.0 International License

Astronomy of Stars and Galaxies Copyright © by Kaisa Young is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, except where otherwise noted.