Arquivo da categoria ‘Math’

Tesla Roadster se torna a vingança de Nikola

Publicado: julho 27, 2010 por Yogi em Math, Science, Tech, Tudo
Tags:,

Texto: Kim Reynolds Fotos: Brian Vance (16-07-08)

The New York Times Syndicate

Espera pelo início das vendas do esportivo elétrico só aumenta o apetite – O quanto o Tesla Roadster é realmente rápido? Em alguns segundos vamos descobrir porque, emoldurado por seu pára-brisa do tamanho de uma vigia de submarino, está um delicioso trecho em linha reta da Skyline Boulevard, uma estradinha sinuosa muito atraente sobre a qual nunca havíamos ouvido falar e que fica nas colinas costeiras acima de San Carlos, na Califórnia. San Carlos, caso você não esteja mexendo com o Google Earth neste momento, é um subúrbio a noroeste do Vale do Silício, onde a Tesla decidiu estabelecer seu centro de pesquisa e desenvolvimento cerca de quatro anos atrás. Por entre as árvores, podemos vez por outra avistar a Hoover Tower, da Universidade Stanford, a aproximadamente 12 km.

Ok, então, eu estou com o pedal do freio colado ao chão. Os espelhos miram o tráfego inocente. A costa está limpa. Encostou o pé no acelerador e se lembrou de que Mark Twain ironizava o inverno mais frio que ele já havia enfrentado como sendo um verão em San Francisco? O mesmo vale para San Carlos. Exceto pelo fato de esta avaliação ter sido feita em dezembro, invernos nos EUA, de a capota do Roadster ter sumido sem avisar e de uma frente fria estar vindo direto do cinzento Pacífico. Mas voltemos ao trabalho.

Eu aperto o acelerador, me prendo e… bom, espere um pouco, a gente chega lá. Primeiro eu quero contar a você a ironia presente no nome deste carro. Você nunca se perguntou de onde vem esse “Tesla”? Historiadores automotivos podem estar acostumados com a famosa história de Thomas Edison encorajando um jovem empregado chamado Henry Ford (“Meu jovem, você tem o necessário. Mantenha isso. Carros elétricos precisam ficar próximos de estações de energia”). Mesmo assim, a realidade é que o genioso Tom rapidamente embarcaria em milhares de experimentos visando exatamente quebrar a noz da bateria automotiva e, em 1904, ele finalmente apresentou, durante uma festa de arromba, sua bateria de níquel ferroso para carros elétricos.

Não funcionou, pelo menos não automotivamente. Mas a relação disso com o Tesla Roadster é que, um ano antes de conversar com Ford, Edison teve um problemão com outro empregado, um curioso imigrante sérvio chamado Nikola Tesla. Dependendo da história da qual você gosta mais, Edison pode ou não ter descumprido a promessa de pagar US$ 50 mil a Tesla. Segundo Edison, a promessa era piada. Seja qual for a verdade, os campeões históricos da corrente direta, Edison, e da alternada, um bebê de Tesla, queriam mais era que o outro morresse depois disso. Então o que me chama a atenção é que agora, um século depois, o primeiro carro elétrico popular a quebrar a noz da bateria automotiva seja chamado de “um Tesla”, não “um Tom”. Sim, Tesla era um gênio. Mas ele sequer tentou fabricar baterias de automóveis? Nããão.

Tudo certo, então. Voltemos ao carro, mais especificamente a suas baterias. A razão pela qual sou preso de uma porrada só contra o banco quando espeto o acelerador não são os 250 cv do motor elétrico do tamanho de uma melancia. O que preocupa o meu pescoço é a combinação dos 250 Nm de torque presentes a zero rpm e a facilidade com que seu pacote de 6.831 baterias de íons de lítio podem acelerar o pequeno esportivo.

Note que, com um peso estimado de 1.220 kg, o Tesla Roadster tem uma relação peso/torque de 4,88 kg/Nm. Para comparar, sua referência natural, o quentíssimo Lotus Exige S (com 186 Nm e 286 kg a menos), oferece uma relação de 5 kg/Nm, mas apenas quando o motor atinge 5.500 rpm. Notavelmente, não é a zero rpm.

Apesar de o pacote de baterias conter o equivalente em energia a apenas 8 l de gasolina (antes de considerar as perdas com recarga), a Tesla alega que a eficiência do Roadster é seis vezes mais alta que a de carros esportivos equivalentes, além de ele contribuir com emissões de gás carbônico dez vezes menores (o carro em si não emite nenhum gás, mas se contabiliza as emissões provenientes da geração da energia elétrica que ele usa). Talvez. O que fica penosamente evidente enquanto você se enfronha no mundo dos carros elétricos, dos híbridos e dos movidos por célula de combustível é que a sequência de apresentações de PowerPoint de todos eles, ironicamente, favorece eles próprios.

Ainda assim, o Tesla é inegavelmente e inacreditavelmente eficiente: considerando sua parca ração de “combustível elétrico” a bordo e sua autonomia em ciclo misto (cidade e estrada) de 350 km (recentemente reduzida devido a um erro de cálculo de um fornecedor), o Roadster entrega um consumo equivalente a 43,75 km/l.

Supondo que a eletricidade seja fornecida (otimisticamente) por uma fonte altamente eficiente, como uma usina de gás natural (que a Tesla alega que pode entregar uma eficiência energética de 52,5% do poço à tomada), o consumo do Roadster do poço à roda seria equivalente, em litros de gasolina, a 23,4 km/l. É quase 1,5 mais eficiente do que um Toyota Prius, o padrão verde para os automóveis atuais.

Falando nisso, não há porque se preocupar com algo parecido com o calor infernal que as baterias de laptops geram. As baterias são refrigeradas pelo mesmo líquido usado pelo ar-condicionado; todas as baterias são expostas a uma área de refrigeração de 27 m² para eliminar qualquer possível ponto de aquecimento. A verdadeira fonte de problemas para a Tesla não está nas baterias, mas em sua transmissão. Ou melhor, transmissões. Um carro elétrico, mesmo um com uma linha de corte de rotação em 13.500 rpm, precisa de pelo menos duas engrenagens para chegar rapidamente aos 96 km/h e ainda assim bater a máxima de 200 km/h.

O primeiro desenho de transmissão se mostrou frágil; o segundo, aplicado ao carro que estou dirigindo, funciona direitinho, mas não duraria mais do que alguns milhares de quilômetros. Na época do teste, mais dois fornecedores estavam desenvolvendo simultaneamente os projetos três e quatro para acelerar o desenvolvimento. É possível até que os carros dos primeiros clientes recebam uma transmissão temporária, mais confiável, de apenas uma velocidade.

Questionado numa recente reunião com entusiasmados, mas claramente preocupados candidatos a proprietários do carro (há cerca de 600 pessoas na fila esperando por um Tesla), o presidente da empresa, Elon Musk, previu que a produção começaria devagar, mas que chegaria a sua velocidade máxima em meados de 2008. Quando um cliente perguntou se os investidores do Tesla estavam ficando tímidos, Musk (que vendeu a PayPal por muitas centenas de milhões de dólares), respondeu: “Eu (a conta bancária dele, na verdade) tenho muita bala na agulha antes que (dinheiro) se torne um problema”.

De modo otimista, Musk frisou que o desenvolvimento doloroso da transmissão do Roadster está preventivamente suavizando o caminho do próximo Tesla, um sedã desenvolvido sob o nome-código “WhiteStar”, ou Estrela Branca.

A transmissão atual é de duas velocidades, ao estilo dos manuais automatizados de dupla embreagem (DSG), com o motor subindo ou descendo de giro para acertar as rotações. Mova a alavanca e você estará na verdade apenas acionando um interruptor. Não há pedal de embreagem e o som é semelhante a um bip eletrônico. Imagine o C3PO levando um chute.

Apesar de eu estar dirigindo um protótipo, o diferencial precisará de muito menos chicotadas quando você enfiar e tirar o pé do acelerador, o que atualmente evoca um conjunto propulsor descoordenado (o que também não ajuda em nada a frágil transmissão).

Desacelerar basicamente ajusta a inerente tendência a um suave subesterço do carro, mas é interessante a força que os freios com regeneração de energia geram quando você levanta o pé. Na verdade, os freios tradicionais, por fricção, são raramente exigidos e, quando são, seu pé direito desfruta da mesma sensação proporcionada pelos freios de carros esportivos antigos porque o sistema de regeneração não é concomitantemente reforçado.

Em movimento, o passo do Roadster é surpreendentemente flexível. A Lotus fez um trabalho admirável ao esticar o chassi do Elise em 5 cm e acomodar quase 450 kg de baterias (separadas por uma carcaça em fibra de carbono) enquanto conservou essa coisa como um potente dardo rodoviário em estradas sinuosas.

Checo os espelhos mais uma vez. Ainda não há trânsito. Estou quase fazendo caretas quando solto o freio e empurro o acelerador para o chão. Bruuuummmm, 50 km/h, 60 km/h, 70 km/h; nos 4 s que você levou para ler essa frase o carro já atingiu os 100 km/h (o tempo que a Tesla diz que o carro leva para chegar a essa velocidade, de 3,9 s, seria perfeitamente plausível em um cenário controlado, como uma pista de testes).

Não há cantada de pneu, eixo bobo, vacilação, fumaça, tremida no capô, nada. Estou sendo inexplicavelmente teletransportado pelo cano de uma catapulta eletromagnética (railgun), com a cabeça sendo puxada para trás por uma aceleração forte e constante. Bizarro. E antes que seja tarde, humilhando profundamente qualquer Ferrari ou Porsche que urre e cometa o erro de se colocar ao lado de um silencioso e econômico Tesla Roadster em um semáforo fechado.

UOL – New York Times

É difícil imaginar um aspecto mais fundamental e ubíquo da vida na Terra do que a gravidade, desde o momento em que você dá o primeiro passo e cai de traseiro sobre a fralda até o lento desenvolvimento da flacidez da carne.

Mas e se tudo fosse apenas uma ilusão, uma espécie de enfeite cósmico, ou um efeito colateral de algo mais que se passa nos níveis mais profundos da realidade?

Assim diz Erik Verlinde, 48 anos, um respeitado teórico das cordas e professor de física da Universidade de Amsterdã, cuja alegação de que a gravidade é na verdade uma ilusão tem causado agitação entre os físicos, ou pelo menos entre aqueles que professam entendê-la. Revertendo a lógica de 300 anos de ciência, ele argumentou em um recente trabalho, intitulado “Sobre a Origem da Gravidade e as Leis de Newton”, que a gravidade é uma consequência das veneráveis leis da termodinâmica, que descrevem o comportamento do calor e os gases.

“Para mim a gravidade não existe”, disse Verlinde, que esteve recentemente nos Estados Unidos para se explicar. Não que ele não possa cair, mas Verlinde está entre um grupo de físicos que dizem que a ciência esteve olhando para a gravidade de forma errada e que há algo mais básico, a partir da qual a gravidade “surge”, assim como os mercados de ações surgem do comportamento coletivo dos investidores individuais e a elasticidade surge da mecânica dos átomos.

Olhar para a gravidade desse ângulo, eles dizem, poderia jogar alguma luz às questões cósmicas problemáticas do momento, como a energia escura, uma espécie da antigravidade que parece estar acelerando a expansão do universo, ou a matéria escura, que supostamente é necessária para manter unidas as galáxias.

O argumento de Verlinde se assemelha a algo possível de ser chamado de teoria “dia de cabelo ruim” da gravidade.

É mais ou menos assim: seu cabelo encrespa no calor e umidade, porque há mais formas de seu cabelo ficar curvado do que reto, e a natureza gosta de opções. Logo, é necessária uma força para deixar o cabelo reto e eliminar as opções da natureza. Esqueça o espaço curvo ou a atração a uma distância, descrita bem o suficiente pelas equações de Isaac Newton para nos permitir navegar pelos anéis de Saturno. A força que chamamos de gravidade é simplesmente um subproduto da tendência da natureza de maximizar a desordem.

Alguns dos melhores físicos do mundo dizem não entender o trabalho de Verlinde e muitos são assumidamente céticos. Mas alguns desses mesmos físicos dizem que ele forneceu um novo ponto de vista para algumas das questões mais profundas da ciência, o por que da existência do espaço, tempo e gravidade –apesar dele ainda não tê-las respondido.

“Algumas pessoas disseram que não pode estar certo, outras que está certo e já sabíamos –que é certo e profundo, certo e trivial”, disse Andrew Strominger, um teórico de cordas de Harvard.

“O que é preciso dizer”, ele prossegue, “é que inspirou muitas discussões interessantes. É simplesmente uma coleção muito interessante de ideias que toca em coisas que em grande parte não entendemos a respeito de nosso universo. É por isso que gosto”.

Verlinde não é um candidato óbvio para ir muito longe em algo assim. Ele e seu irmão Herman, um professor de Princeton, são gêmeos célebres conhecidos mais pelo domínio da matemática da teoria das cordas do que por voos filosóficos.

Nascidos em Woudenberg, Holanda, em 1962, os irmãos foram inspirados por dois programas de televisão dos anos 70 sobre física de partículas e buracos negros. “Eu fui completamente fisgado”, lembrou Verlinde. Ele e seu irmão obtiveram Ph.D.s na Universidade de Utrecht juntos em 1988 e então foram para Princeton, Erik para o Instituto de Estudos Avançados e Herman para a universidade. Após cruzarem frequentemente o oceano, eles foram efetivados em Princeton. E se casaram e se divorciaram de irmãs. Erik deixou Princeton e foi para Amsterdã para ficar próximo de seus filhos.

Ele começou a se destacar na pós-graduação, quando inventou a Álgebra Verlinde e a fórmula Verlinde, que são importantes na teoria das cordas, a chamada teoria de tudo, que diz que o mundo é feito de minúsculas cordas vibrantes.

Você pode se perguntar por que um teórico de cordas está interessado nas equações de Newton. Afinal, Newton foi derrubado há um século por Einstein, que explicou a gravidade como dobras no espaço-tempo, e que alguns teóricos acham que poderá ser derrubado pelos teóricos das cordas.

Nos últimos 30 anos a gravidade está sendo “despida”, nas palavras de Verlinde, do status de força fundamental.

Esse despojamento teve início nos anos 70 com a descoberta de Jacob Bekenstein, da Universidade Hebraica de Jerusalém, e de Stephen Hawking, da Universidade de Cambridge, entre outros, de uma ligação misteriosa entre os buracos negros e a termodinâmica, culminando na descoberta por Hawking em 1974 de que quando os efeitos quânticos são levados em consideração, os buracos negros brilhariam e no final explodiriam.

Em um cálculo provocante em 1995, Ted Jacobson, um teórico da Universidade de Maryland, mostrou que dadas algumas dessas ideias holográficas, as equações da relatividade geral de Einstein são apenas outra forma de declarar as leis da termodinâmica.

Essas explosões de buracos negros (pelo menos na teoria –nenhuma ainda foi observada) expuseram uma nova estranheza na natureza. Os buracos negros, na verdade, são hologramas –como imagens 3D que você vê nos cartões de banco. Toda a informação sobre o que foi perdido dentro deles está codificada em suas superfícies. Os físicos se perguntam desde então sobre como esse “princípio holográfico” –de que talvez sejamos apenas sombras em um muro distante– se aplica ao universo e de onde ele vem.

Em um exemplo notável de um universo holográfico, Juan Maldacena, do Instituto para Estudos Avançados, construiu um modelo matemático de um universo “lata de sopa”, onde o que acontece dentro da lata, incluindo a gravidade, está codificado no rótulo no lado de fora da lata, onde não há gravidade, assim como uma dimensão espacial a menos. Se as dimensões não importam e a gravidade não importa, quão reais podem ser?

Lee Smolin, um teórico de gravidade quântica do Instituto Perimeter para Física Teórica, chamou o trabalho de Jacobson de “um dos trabalhos mais importantes dos últimos 20 anos”.

Mas ele recebeu pouca atenção inicialmente, disse Thanu Padmanabhan, do Centro Interuniversitário para Astronomia e Astrofísica em Pune, Índia, que tratou do tema da “gravidade emergente” em vários trabalhos nos últimos anos. Padmanabhan disse que a ligação com a termodinâmica se aprofundou mais do que apenas as equações de Einstein e outras teorias da gravidade. “A gravidade”, ele disse recentemente em uma palestra no Instituto Perimeter, “é o limite termodinâmico da mecânica estatística” dos átomos do espaço-tempo.

Verlinde disse que leu o trabalho de Jacobson muitas vezes ao longo dos anos, mas que ninguém parece ter entendido a mensagem. As pessoas ainda falam da gravidade como uma força fundamental. “Nós claramente temos que levar estas analogias a sério, mas aparentemente ninguém leva”, ele se queixou.

Seu trabalho, publicado em janeiro, lembra o de Jacobson de muitas formas, mas Verlinde se irrita quando as pessoas dizem que ele não acrescentou nada de novo à análise de Jacobson. O que é novo, ele disse, é a ideia de que diferenças na entropia podem ser o mecanismo por trás da gravidade, de que a gravidade é, como ele coloca, uma “força entrópica”.

Ele teve essa inspiração por cortesia de um ladrão.

Quando estava prestes a voltar para casa de férias no sul da França em meados do ano passado, um ladrão entrou em seu quarto e roubou seu laptop, chaves, passaporte, tudo. “Eu tive que permanecer mais uma semana”, ele disse, “e tive essa ideia”.

Na praia, seu irmão recebeu uma série de e-mails primeiro dizendo que teria que prolongar sua estadia, depois dizendo que ele teve uma nova ideia e, finalmente, no terceiro dia, dizendo que ele sabia como derivar as leis de Newton a partir dos primeiros princípios, a ponto de Herman lembrar de ter pensado: “O que está acontecendo? O que ele anda bebendo?”

Pense no universo como uma caixa de letras do jogo Scrabble (palavras cruzadas). Há apenas uma forma de arranjar as letras para soletrar Gettysburg, em comparação a um número astronômico de formas para soletrarem baboseiras. Sacuda a caixa e ele tenderá à coisas sem sentido, a desordem aumentará e a informação será perdida à medida que as letras se misturam na direção de suas configurações mais prováveis. Seria isso a gravidade?

Como uma metáfora de como isso funcionaria, Verlinde usou o exemplo de um polímero –um filamento de DNA, digamos, um macarrão noodle ou um cabelo– enrolando.

“Eu levei dois meses para entender os polímeros”, ele disse.

O trabalho resultante, como reconhece Verlinde, é um pouco vago.

“Esta não é a base de uma teoria”, explicou Verlinde. “Eu não finjo que isto é uma teoria. As pessoas devem ler as palavras que estou dizendo e não os detalhes das equações.”

Padmanabhan disse que vê pouca diferença entre os trabalhos de Verlinde e de Jacobson e que o novo elemento de força entrópica carece de rigor matemático. “Eu duvido que essas ideias resistam ao teste do tempo”, ele escreveu em uma mensagem por e-mail da Índia. Jacobson disse que não conseguiu entendê-la.

John Schwarz, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, um dos pais da teoria das cordas, disse que o trabalho é “muito provocador”.

Smolin o chamou de “muito interessante e também muito incompleto”.

Em um workshop no Texas neste ano, foi pedido a Raphael Bousso, da Universidade da Califórnia, em Berkeley, que liderasse uma discussão a respeito do trabalho. “O resultado final foi que ninguém entendeu, incluindo pessoas que inicialmente achavam que ele fazia sentido”, ele disse por e-mail.

“De qualquer forma, o trabalho de Erik chamou atenção para uma pergunta genuinamente profunda e importante, o que é bom”, prosseguiu Bousso, “eu apenas não acho que nos aproximamos de uma resposta após o trabalho de Erik. Há muitos trabalhos sobre o assunto, mas diferente de Erik, eles nem mesmo entendem o problema”.

Os irmãos Verlinde agora estão tentando reapresentar essas ideias em termos mais técnicos da teoria das cordas, e Erik tem viajado um bocado, indo em maio ao instituto Perimeter e à Universidade Stony Brook, em Long Island, para falar sobre o fim da gravidade. Michael Douglas, um professor de Stony Brook, descreveu o trabalho de Verlinde como “um conjunto de ideias que encontra apoio na comunidade, acrescentando que “todos estão aguardando para ver se é possível tornar isso mais preciso”.

Até lá, o júri dos pares de Verlinde não chegará a uma decisão.

Em um almoço em Nova York, Verlinde avaliou suas experiências dos últimos seis meses. Ele disse que ele simplesmente se rendeu à sua intuição. “Quando me veio essa ideia, eu fiquei realmente empolgado e eufórico”, disse Verlinde. “Não é com frequência que alguém tem a chance de dizer algo novo sobre as leis de Newton. No momento eu não vejo que estou errado. Isso basta para seguir em frente.”

Ele disse que amigos o encorajaram a ir fundo e ele não lamenta. “Se ficar provado que estou errado, de qualquer forma algo será aprendido. Ignorar isso seria errado.”

No dia seguinte, Verlinde deu uma palestra mais técnica para um punhado de físicos na cidade. Ele lembrou que alguém tinha lhe dito que a história da gravidade parecia a das novas roupas do imperador.

“Nós sabemos há algum tempo que a gravidade não existe”, disse Verlinde. “É hora de gritar isso.”

Tradução: George El Khouri Andolfato

Vídeos do VodPod não estão mais disponíveis.

more about “Imagining the Tenth Dimension part 1 …“, posted with vodpod

In May 2006 a secret study of UFOs undertaken for the UK’s Ministry of Defence (MoD) between 1996 and 2000 was publicly released. The report is titled “Unidentified Aerial Phenomena in the UK Defence Region” and was code named Project Condign.

The author of the report, whose identity is not known, was an MoD contractor with high security clearance and evident scientific training. He was given free access to all material on UFOs retained by the MoD and was able to speak openly about whatever he found. The report was not written for publication and remained so secret that only a handful of people were ever shown it when it was completed in 2000. It was released after an application under the Freedom of Information Act by Dr David Clarke, a lecturer in journalism at Sheffield Hallam University, England, who discovered its existence. Without Dr Clarke’s sleuthing this report might well not have been released for another 25 years, if ever.

The full report covers three volumes and totals 460 pages. Throughout it, the term UAP, meaning Unidentified Aerial Phenomena, is used in place of UFO. The report confirms earlier findings that the main causes of sightings are misidentification of man-made and natural objects. More controversially, the report’s author became persuaded that atmospheric electrical effects such as ball lightning and other forms of plasma might well account for many of the otherwise unexplained sightings. Most skeptics would accept that some small percentage of reports may be due to such electrical effects, but they are just one among many hundreds of possible explanations.

More significantly, the report notes: “No artefacts of unknown or unexplained origin have been reported or handed to the UK authorities, despite thousands of UAP reports. There are no SIGINT, ELINT or radiation measurements and little useful video or still IMINT.”

It further concludes: “There is no evidence that any UAP, seen in the UKADR [UK Air Defence Region], are incursions by air-objects of any intelligent (extra-terrestrial or foreign) origin, or that they represent any hostile intent.”

But perhaps the most significant deduction to be drawn from the report is this: if the MoD really knew the truth about UFOs, as many believers allege, then they wouldn’t have needed to commission a three-year study to tell them.

During a policy review in 1996 into the handling of Unidentified Aerial Phenomena sighting reports received by the Ministry of Defence, a study was undertaken to determine the potential value, if any, of such reports to Defence Intelligence. Consistent with Ministry of Defence policy, the available data was studied principally to ascertain whether there is any evidence of a threat to the UK, and secondly, should the opportunity arise, to identify any potential military technologies of interest.

The Ministry of Defence has released this report in response to a Freedom of Information request and we are pleased to now make it available to a wider audience via the MOD Freedom of Information Publication Scheme. Where indicated information is withheld in accordance with Section 26 (Defence), Section 27 (International Relations) and Section 40 (Personal Information) of the Freedom of Information Act 2000.

From Wikipedia, the free encyclopedia

For the Muse song, see Supermassive Black Hole (song).

Top: artist’s conception of a supermassive black hole tearing apart a star. Bottom: images believed to show a supermassive black hole devouring a star in galaxy RXJ 1242-11. Left: X-ray image, Right: optical image.[1]

A supermassive black hole is a black hole with a mass of the order of between 105 and 1010 solar masses. Most, if not all, galaxies, including the Milky Way,[2] are believed to contain supermassive black holes at their centers.[3][4]

Supermassive black holes have properties which distinguish them from their relatively low-mass cousins:

  • The average density of a supermassive black hole (measured as the mass of the black hole divided by its Schwarzschild volume) can be very low, and may actually be lower than the density of air. This is because the Schwarzschild radius is directly proportional to mass, while density is inversely proportional to the volume. Since the volume of a spherical object (such as the event horizon of a non-rotating black hole) is directly proportional to the cube of the radius, and mass merely increases linearly, the volume increases at a greater rate than mass. Thus, average density decreases for increasingly larger radii of black holes.
  • The tidal forces in the vicinity of the event horizon are significantly weaker. Since the central singularity is so far away from the horizon, a hypothetical astronaut travelling towards the black hole center would not experience significant tidal force until very deep into the black hole.

Formation

An artist’s conception of a supermassive black hole & accretion disk. Credit: NASA/JPL-Caltech

There are several models for the formation of black holes of this size. The most obvious is by slow accretion of matter starting from a black hole of stellar size. Another model [5] of supermassive black hole formation involves a large gas cloud collapsing into a relativistic star of perhaps a hundred thousand solar masses or larger. The star would then become unstable to radial perturbations due to electron-positron pair production in its core, and may collapse directly into a black hole without a supernova explosion, which would eject most of its mass and prevent it from leaving a supermassive black hole as a remnant. Yet another model [6] involves a dense stellar cluster undergoing core-collapse as the negative heat capacity of the system drives the velocity dispersion in the core to relativistic speeds. Finally, primordial black holes may have been produced directly from external pressure in the first instants after the Big Bang.

The difficulty in forming a supermassive black hole resides in the need for enough matter to be in a small enough volume. This matter needs to have very little angular momentum in order for this to happen. Normally the process of accretion involves transporting a large initial endowment of angular momentum outwards, and this appears to be the limiting factor in black hole growth, and explains the formation of accretion disks.

Currently, there appears to be a gap in the observed mass distribution of black holes. There are stellar-mass black holes, generated from collapsing stars, which range up to perhaps 33 solar masses. The minimal supermassive black hole is in the range of a hundred thousand solar masses. Between these regimes there appears to be a dearth of intermediate-mass black holes. Such a gap would suggest qualitatively different formation processes. However, some models [7] suggest that ultraluminous X-ray sources (ULXs) may be black holes from this missing group.

Doppler measurements

Direct Doppler measures of water masers surrounding the nucleus of nearby galaxies have revealed a very fast keplerian motion, only possible with a high concentration of matter in the center. Currently, the only known objects that can pack enough matter in such a small space are black holes, or things that will evolve into black holes within astrophysically short timescales. For active galaxies farther away, the width of broad spectral lines can be used to probe the gas orbiting near the event horizon. The technique of reverberation mapping uses variability of these lines to measure the mass and perhaps the spin of the black hole that powers the active galaxy’s “engine”.

Such supermassive black holes in the center of many galaxies are thought to be the “engine” of active objects such as Seyfert galaxies and quasars.

Milky Way galactic center black hole

Astronomers are confident that our own Milky Way galaxy has a supermassive black hole at its center, in a region called Sagittarius A*[8] because:

  • The star S2 follows an elliptical orbit with a period of 15.2 years and a pericenter (closest distance) of 17 light hours from the central object.[9]
  • Early estimates indicated that the central object contains 2.6 million solar masses and has a radius of less than 17 light hours. Only a black hole can contain such a vast mass in such a small volume.
  • Further observations[10] strengthened the case for a black hole, by showing that the central object’s mass is about 3.7 million solar masses and its radius no more than 6.25 light-hours.

The Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and UCLA Galactic Center Group[11] have provided the strongest evidence to date that Sagittarius A* is the site of a supermassive black hole,[8] based on data from the ESO[12] and the Keck telescope.[13] Our galactic central black hole is calculated to have a mass of approximately 4.1 million solar masses,[14] or about 8.2 × 1036 kg.

Supermassive black holes outside the Milky Way

It is now widely accepted that the center of nearly every galaxy contains a supermassive black hole.[15][16] The close observational correlation between the mass of this hole and the velocity dispersion of the host galaxy’s bulge, known as the M-sigma relation, strongly suggests a connection between the formation of the black hole and the galaxy itself.[15]

The explanation for this correlation remains an unsolved problem in astrophysics. It is believed that black holes and their host galaxies coevolved between 300-800 million years after the Big Bang, passing through a quasar phase and developing correlated characteristics, but models differ on the causality of whether black holes triggered galaxy formation or vice versa, and sequential formation cannot be excluded. The unknown nature of dark matter is a crucial variable in these models.[17][18]

At least one galaxy, Galaxy 0402+379, appears to have two supermassive black holes at its center, forming a binary system. Should these collide, the event would create strong gravitational waves. Binary supermassive black holes are believed to be a common consequence of galaxy mergers [19]. As of November 2008[update], another binary pair, in OJ 287, contains the most massive black hole known, with a mass estimated at 18 billion solar masses.[20]

Currently, there is no compelling evidence for massive black holes at the centers of globular clusters, or smaller stellar systems.[citation needed]

See also

Read full article at Wikipedia.

  • 1820: André-Marie Ampère describes Ampere’s law showing that electric current produces a magnetic field
  • 1831: Michael Faraday describes Faraday’s law of induction, an important basic law of electromagnetism
  • 1864James Clerk Maxwell synthesizes the previous observations, experiments and equations of electricity, magnetism and optics into a consistent theory, andmathematically models the behavior of electromagnetic radiation.
  • 1888Heinrich Rudolf Hertz confirms the existence of electromagnetic radiation. Hertz’s “apparatus for generating electromagnetic waves” is generally acknowledged as the first radio transmitter.
  • 1891Nikola Tesla improves on Hertz’s primitive radio-frequency power supply in U.S. Patent No. 454,622, “System of Electric Lighting.”
  • 1893: Nikola Tesla demonstrates the illumination of phosphorescent bulbs wirelessly (without any wires connected to the bulbs) at the World’s Columbian Exposition inChicago.[citation needed]
  • 1894: Hutin & LeBlanc, espouse long held view that inductive energy transfer should be possible, they file a U.S. Patent describing a system for power transfer at 3 kHz
  • 1894: Nikola Tesla wirelessly lights up vacuum tubes at the 35 South Fifth Avenue and 46 E. Houston Street laboratory in New York by means of the electrodynamic resonance effects[citation needed]
  • 1894Jagdish Chandra Bose ignites gunpowder and rings a bell at a distance using electromagnetic waves, showing that communication signals can be sent without using wires.[3][4]
  • 1895: Jagdish Chandra Bose transmits signals over a distance of nearly a mile.[3][4]
  • 1897Guglielmo Marconi uses Hertz’s radio transmitter to transmit Morse code signals over a distance of about 6 km.
  • 1897: Nikola Tesla files the first of his patent applications dealing with Wardenclyffe tower.
  • 1899: It is claimed in Prodigal Genius that Nikola Tesla illuminated 200 bulbs wirelessly (without any wires connected to the bulbs) at a distance of 26 miles while working atPikes PeakColorado Springs. No documentation from Tesla’s records has been found that would confirm this actually happened. The first commercial transmission of AC occurred in 1896 over wires at a distance of 26 miles, which may be the source of this rumor.[5][6]
  • 1900: Guglielmo Marconi fails to get a patent for radio in the United States.
  • 1901: Guglielmo Marconi first transmits and receives signals across the Atlantic Ocean using Nikola Tesla’s wireless energy transmitter.
  • 1904: At the St. Louis World’s Fair, a prize is offered for a successful attempt to drive a 0.1 horsepower (75 W) air-ship motor by energy transmitted through space at a distance of least 100 feet (30 m).[7]
  • 1926Shintaro Uda and Hidetsugu Yagi publishes their first paper on Uda’s “tuned high-gain directional array”[8] better known as the Yagi antenna.
  • 1961William C. Brown publishes article that explores possibilities of microwave power transmission. [9][10]
  • 1964: William C. Brown demonstrated on CBS News with Walter Cronkite a microwave-powered model helicopter that received all the power needed for flight from a microwave beam. Between 1969 and 1975 Brown was technical director of a JPL Raytheon program that beamed 30 kW over a distance of 1 mile at 84% efficiency.
  • 1968Peter Glaser proposes wirelessly transferring Solar energy captured in Space using “Powerbeaming” technology [11][12].
  • 1971: Prof. Don Otto develops a small trolley powered by Inductive Power Transfer at The University of Auckland, in New Zealand.
  • 1973: World first passive RFID demonstrated at Los-Alamos National Lab. [13]
  • 1975Goldstone Deep Space Communications Complex does experiments in the tens of kilowatts. [14][15][16]
  • 1988: A power electronics group led by Prof. John Boys at The University of Auckland in New Zealand, develops an inverter using novel engineering materials and power electronics and conclude that inductive power transmission should be achievable. A first prototype for a contact-less power supply is built. Auckland Uniservices, the commercial company of The University of Auckland, Patents the Technology.
  • 1989: Daifuku, a Japanese company, engages Auckland Uniservices Ltd to develop the technology for car assembly plants and materials handling providing challenging technical requirements including multiplicity of vehicles
  • 1990: Prof. John Boys team develops novel technology enabling multiple vehicles to run on the same inductive power loop and provide independent control of each vehicle. Auckland UniServices Patents the technology.
  • 1996: Auckland Uniservices develops an Electric Bus power system using Inductive Power Transfer to charge(30-60kW) opportunistically commencing implementation in New Zealand. Prof John Boys Team commission 1st commercial IPT Bus in the world at Whakarewarewa, in New Zealand.
  • 2004: Inductive Power Transfer used by 90 per cent of the US$1 billion clean room industry for materials handling equipment in semiconductor, LCD and plasma screen manufacture.
  • 2005: Prof Boys’ team at The University of Auckland, refines 3-phase IPT Highway and pick-up systems allowing transfer of power to moving vehicles in the lab
  • 2007: A physics research group, led by Prof. Marin Soljacic, at MIT confirm the earlier(1980’s) work of Prof. John Boys by wireless powering of a 60W light bulb with 40% efficiency at a 2m (7ft) distance using two 60 cm-diameter coils.
  • 2008: Bombardier offers new wireless transmission product PRIMOVE, a power system for use on trams and light-rail vehicles.[17]
  • 2008: Industrial designer Thanh Tran, at Brunel University made a wireless light bulb powered by a high efficiency 3W LED.
  • 2008Intel reproduces Nikola Tesla’s 1894 implementation and Prof. John Boys group’s 1988’s experiments by wirelessly powering a light bulb with 75% efficiency.[18]