Naukowcy odkryli fale grawitacyjne generowane w wyniku łączenia się czarnych dziur, co wskazuje, że powstała w ten sposób czarna dziura przyjęła stabilny kształt kulisty. Fale te ujawniają również, że złożona czarna dziura może być znacznie większa, niż wcześniej sądzono.
Kiedy po raz pierwszy odkryto ją 21 maja 2019 roku, sądzono, że zdarzenie w postaci fali grawitacyjnej znane jako GW190521 powstało w wyniku połączenia dwóch gwiazd. czarne dziuryJedna ma masę nieco ponad 85 słońc, a druga około 66 słońc. Naukowcy uważają, że fuzja doprowadziła do powstania około 142 Masa Słońca Córka czarnej dziury.
Jednakże nowo zbadane oscylacje czasoprzestrzeni pochodzące od powstałej z połączenia czarnej dziury, które falują na zewnątrz, gdy pustka przekształca się w odpowiednio kulisty kształt, wydają się wskazywać, że jest ona masywniejsza, niż początkowo oczekiwano. Zamiast masy wynoszącej 142 masy Słońca, obliczenia wskazują, że jej masa powinna być około 250 razy większa od masy Słońca. słońce.
Wyniki te mogą ostatecznie pomóc naukowcom w przeprowadzeniu lepszych testów Ogólna teoria względności, Alberta EinsteinaTeoria z 1915 roku powagaKto jako pierwszy wprowadził pojęcie fal grawitacyjnych i czarnych dziur. „Tak naprawdę odkrywamy tutaj nową granicę” – mówi Stephen Giddings, fizyk teoretyczny z Uniwersytetu Kalifornijskiego. – stwierdził w oświadczeniu.
Powiązany: Jak tańczące czarne dziury zbliżają się na tyle, aby się połączyć
Fale grawitacyjne i ogólna teoria względności
Ogólna teoria względności przewiduje, że obiekty posiadające masę zniekształcają swoją własną strukturę przestrzeń i czas – zjednoczone jako pojedyncza czterowymiarowa całość zwana „czasoprzestrzenią” – a „grawitacja”, jaką postrzegamy, wynika z samej krzywizny.
Tak jak kula do kręgli na rozciągniętej gumie powoduje bardziej ekstremalne „wgniecenie” niż piłka tenisowa, tak czarna dziura powoduje większe zakrzywienie czasoprzestrzeni niż gwiazda, a gwiazda powoduje większe zakrzywienie niż planeta. W rzeczywistości czarna dziura, zgodnie z ogólną teorią względności, jest punktem materii tak gęstym, że powoduje ekstremalne zakrzywienie czasoprzestrzeni na granicy zwanej Horyzont zdarzeńNawet światło nie jest wystarczająco szybkie, aby uniknąć wewnętrznego wgniecenia.
Nie jest to jednak jedyna rewolucyjna prognoza ogólnej teorii względności. Einstein przewidział również, że gdy obiekty przyspieszają, powinny one definiować samą strukturę czasoprzestrzeni, która rezonuje z falami zwanymi zmarszczkami Fale grawitacyjne. Ponownie, im masywniejsze są dane obiekty, tym bardziej ekstremalne jest to zjawisko. Oznacza to, że kiedy gęste obiekty, takie jak czarne dziury, owijają się wokół siebie, stale przyspieszając ze względu na swój ruch po okręgu, czasoprzestrzeń wokół nich dźwięczy jak bicie dzwonu, wibrując falami grawitacyjnymi.
Te zmarszczki w czasoprzestrzeni przenoszą moment pędu ze spiralnych czarnych dziur, co z kolei powoduje zacieśnienie wzajemnych orbit dwóch czarnych dziur, zbliżając je do siebie i zwiększając częstotliwość emitowanych fal grawitacyjnych. Czarne dziury zbliżają się coraz bardziej, aż w końcu łączą się, tworząc nową czarną dziurę i wysyłając „ćwierkanie” fal grawitacyjnych o wysokiej częstotliwości, które odbijają się echem po wszechświecie.
Ale była jedna rzecz, w której Einstein mylił się w sprawie fal grawitacyjnych. Wielki fizyk wierzył, że te zmarszczki w czasoprzestrzeni będą tak słabe, że nigdy nie zostaną tutaj wykryte Grunt Po przejechaniu Wszechświat Przez miliony, a nawet miliardy lat świetlnych.
Jednak we wrześniu 2015 r. bliźniacze detektory… Obserwatorium fal grawitacyjnych z interferometrem laserowym LIGO z siedzibą w Waszyngtonie w Luizjanie wykazało, że Einstein się mylił. Wykryli GW150914, fale grawitacyjne związane z łączeniem się czarnych dziur znajdujących się w odległości około 1,3 miliarda. Rok świetlny daleko. Sygnał fali grawitacyjnej wykryto jako zmianę długości jednego z długich ramion lasera LIGO, które ma długość 4 km, co odpowiada jednej tysięcznej szerokości kuli. proton.
Co ciekawe, od tego czasu LIGO i inne detektory fal grawitacyjnych, Virgo we Włoszech i KAGRA w Japonii, wykryły wiele podobnych zdarzeń, osiągając punkt, w którym wykrywają jedno zdarzenie fali grawitacyjnej co tydzień. Chociaż nawet wśród tak dużej liczby wykrytych fal grawitacyjnych, GW190521 wyróżnia się.
Specjalne wydarzenie związane z falą grawitacyjną
Częstotliwość łączenia się czarnych dziur za sygnałem GW190521, znajdującym się 8,8 miliarda lat świetlnych od Ziemi, była tak niska, że dopiero podczas dwóch ostatnich orbit czarnych dziur częstotliwość stała się wystarczająco wysoka, aby można było obserwować czarne dziury. Osiągnięcie limitów wrażliwości LIGO i Virgo.
Zespół odpowiedzialny za to nowe badanie – które nie jest częścią współpracy LIGO/Virgo – chciał dowiedzieć się, jakie informacje na temat gwałtownego zderzenia i połączenia tych czarnych dziur mogą zostać przesłonięte w tym sygnale.
Odkryli, że w momencie zderzenia dwóch czarnych dziur powstała czarna dziura przekrzywiona. Czarne dziury są stabilne tylko wtedy, gdy mają kulisty kształt, co oznacza, że w ciągu milisekund od połączenia czarna dziura-córka musi przyjąć kształt kuli.
Podobnie jak kształt dzwonu determinuje częstotliwość, z jaką dzwoni, zespół stwierdził, że w miarę zmiany kształtu nowej czarnej dziury i stabilizacji jej, zmieniały się także częstotliwości emitowanych przez nią fal grawitacyjnych. Te fale grawitacyjne „dolnego pierścienia” zawierają informacje o masie czarnej dziury-córki, a także o jej szybkości wirowania.
Oznacza to, że fale grawitacyjne generowane w wyniku tego połączenia oferują naukowcom alternatywny sposób pomiaru właściwości łączących się czarnych dziur, w przeciwieństwie do tradycyjnej metody wykorzystywania fal grawitacyjnych powstających podczas procesu akrecji.
Zespół odkrył dwie oddzielne częstotliwości pierścieni w sygnale fali grawitacyjnej GW190521, które rozpatrywane łącznie dają powstałej czarnej dziurze masę 250 mas Słońca. Oznacza to, że jest znacznie większy, niż szacowano na podstawie spiralnych fal grawitacyjnych. Odkrycie tych fal grawitacyjnych było szokujące nawet dla zespołu odpowiedzialnego za te wyniki.
„Nigdy nie myślałem, że w życiu zobaczę taki pomiar” – powiedział Badri Krishnan, współautor badań i fizyk z Uniwersytetu Radboud.
Wyniki badań zespołu opisano szczegółowo w artykule opublikowanym 28 listopada w czasopiśmie Listy z przeglądu fizycznego.
„Nagradzany beeraholik. Fan Twittera. Podróżnik. Miłośnik jedzenia.