Οι επιστήμονες ανακάλυψαν βαρυτικά κύματα που προκύπτουν από ένα γεγονός συγχώνευσης μαύρης τρύπας, υποδηλώνοντας ότι η προκύπτουσα μαύρη τρύπα έχει πάρει ένα σταθερό, σφαιρικό σχήμα. Αυτά τα κύματα δείχνουν επίσης ότι η συνδυασμένη μαύρη τρύπα μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.
Όταν το γεγονός βαρυτικού κύματος γνωστό ως GW190521 εντοπίστηκε για πρώτη φορά στις 21 Μαΐου 2019, θεωρήθηκε ότι ήταν μια συγχώνευση δύο κυμάτων Μαύρες τρύπες, το ένα με μάζα ίση με λίγο περισσότερο από 85 ήλιους και το άλλο με μάζα ίση με περίπου 66 ήλιους. Οι επιστήμονες υπέθεσαν ότι η συγχώνευση δημιούργησε περίπου 142 ηλιακή μάζα Κόρη μαύρη τρύπα.
Αλλά οι πρόσφατα εξετασθείσες χωροχρονικές δονήσεις της σχηματισμένης από σύντηξη μαύρης τρύπας, οι οποίες εξαπλώνονται προς τα έξω καθώς το κενό διαλύεται σε ένα σωστό σφαιρικό σχήμα, φαίνεται να υποδηλώνουν ότι είναι πιο μαζική από ό,τι είχε αρχικά προβλεφθεί. Αντί να έχει 142 ηλιακές μάζες, οι υπολογισμοί δείχνουν ότι θα πρέπει να έχει περίπου 250 φορές τη μάζα Ο ήλιος.
Αυτά τα αποτελέσματα θα μπορούσαν τελικά να βοηθήσουν τους επιστήμονες να διεξάγουν καλύτερα τις δοκιμές τους γενική σχετικότητα, Albert Einsteinθεωρία του 1915 Βαρύτητα, που εισήγαγε για πρώτη φορά την έννοια των βαρυτικών κυμάτων και των μαύρων οπών. «Εξερευνούμε πραγματικά νέα σύνορα εδώ», λέει ο Steven Giddings, θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια. είπε σε δήλωση.
Σχετίζεται με: Πώς οι χορευτικές μαύρες τρύπες πλησιάζουν αρκετά για να συγχωνευθούν
Βαρυτικά κύματα και γενική σχετικότητα
Η γενική σχετικότητα προβλέπει ότι τα αντικείμενα με μάζα παραμορφώνουν την ίδια τη δομή του Χώρος και ο χρόνος – ενωμένος ως μια ενιαία, τετραδιάστατη οντότητα που ονομάζεται «χωροχρόνος» – και αυτή η «βαρύτητα» όπως την αντιλαμβανόμαστε προκύπτει από την ίδια την καμπυλότητα.
Ακριβώς όπως μια μπάλα μπόουλινγκ που στηρίζεται σε ένα τεντωμένο φύλλο από καουτσούκ προκαλεί μεγαλύτερο «τρύπωμα» από μια μπάλα του τένις, μια μαύρη τρύπα προκαλεί μεγαλύτερη καμπυλότητα στο χωροχρόνο από ένα αστέρι και ένα αστέρι προκαλεί μεγαλύτερη καμπυλότητα από έναν πλανήτη. Στην πραγματικότητα, στη γενική σχετικότητα, μια μαύρη τρύπα είναι ένα σημείο της ύλης τόσο πυκνό που προκαλεί τέτοια ακραία καμπυλότητα του χωροχρόνου που βρίσκεται σε ένα όριο που ονομάζεται ” Ορίζοντας γεγονότωνούτε καν το φως δεν είναι αρκετά γρήγορο για να ξεφύγει από το εσωτερικό βαθούλωμα.
Ωστόσο, αυτή δεν είναι η μόνη επαναστατική πρόβλεψη της γενικής σχετικότητας. Ο Αϊνστάιν προέβλεψε επίσης ότι όταν τα αντικείμενα επιταχύνονται, θα πρέπει να κάνουν το ίδιο το ύφασμα του χωροχρόνου να κουδουνίζει με κύματα Βαρυτικά κύματα. Και όσο πιο ογκώδη είναι τα εμπλεκόμενα αντικείμενα, τόσο πιο ακραίο είναι το φαινόμενο. Αυτό σημαίνει ότι όταν πυκνά σώματα όπως οι μαύρες τρύπες σπειροειδώς το ένα γύρω από το άλλο και επιταχύνονται συνεχώς από την κυκλική τους κίνηση, ο χωροχρόνος γύρω τους κουδουνίζει σαν ένα χτυπημένο κουδούνι στο οποίο βουίζουν τα βαρυτικά κύματα.
Αυτοί οι κυματισμοί στο χωροχρόνο απομακρύνουν τη γωνιακή ορμή από τις σπειροειδείς μαύρες τρύπες, γεγονός που με τη σειρά του προκαλεί το στενό των αμοιβαίων τροχιών των μαύρων οπών, τραβώντας τις μαζί και αυξάνοντας τη συχνότητα των βαρυτικών κυμάτων που εκπέμπονται. Οι μαύρες τρύπες φίδι πλησιάζουν όλο και περισσότερο και τελικά συγχωνεύονται, δημιουργώντας μια κόρη μαύρη τρύπα και στέλνοντας ένα υψηλής συχνότητας «κεφάλαιο» βαρυτικών κυμάτων που αντηχούν στον κόσμο.
Αλλά υπήρχε ένα πράγμα που έκανε λάθος ο Αϊνστάιν σχετικά με τα βαρυτικά κύματα. Ο μεγάλος φυσικός πίστευε ότι αυτά τα κύματα ήταν τόσο αδύναμα στο χωροχρόνο που δεν μπορούσαν ποτέ να ανιχνευθούν εδώ Γη μετά τη διέλευση το σύμπαν για εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια έτη φωτός.
Όμως τον Σεπτέμβριο του 2015, οι δίδυμοι ανιχνευτές του Παρατηρητήριο βαρυτικών κυμάτων συμβολόμετρο λέιζερ (LIGO), με έδρα την Ουάσιγκτον και τη Λουιζιάνα, έδειξε ότι ο Αϊνστάιν έκανε λάθος. Ανακάλυψαν το GW150914, βαρυτικά κύματα που σχετίζονται με συγχωνεύσεις μαύρων οπών μεγέθους περίπου 1,3 δισεκατομμυρίων έτη φωτός Μακριά. Το σήμα βαρυτικού κύματος εντοπίστηκε ως αλλαγή στο μήκος ενός από τους βραχίονες λέιζερ μήκους 2,5 μιλίων (4 χιλιομέτρων) του LIGO, που είναι το ένα χιλιοστό του πλάτους ενός πρωτόνιο.
Είναι αξιοσημείωτο ότι το LIGO και οι συνεργάτες του ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων Virgo στην Ιταλία και KAGRA στην Ιαπωνία έχουν ανακαλύψει πολλά περισσότερα τέτοια γεγονότα, φτάνοντας στο σημείο να καταγράφουν ένα συμβάν βαρυτικών κυμάτων κάθε εβδομάδα. Αλλά ακόμη και ανάμεσα σε αυτό το κέρας ανιχνεύσεων βαρυτικών κυμάτων, το GW190521 ξεχωρίζει.
Ένα ειδικό συμβάν βαρυτικών κυμάτων
Η συχνότητα συγχώνευσης των δύο μαύρων οπών πίσω από το σήμα GW190521, που βρίσκεται σε απόσταση έως και 8,8 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη, ήταν τόσο χαμηλή που μόνο κατά τις δύο τελευταίες τροχιές των μαύρων οπών η συχνότητα έγινε αρκετά υψηλή ώστε να φτάσει την ευαισθησία όρια του LIGO και της Παρθένου.
Η ομάδα πίσω από αυτή τη νέα μελέτη – η οποία δεν αποτελεί μέρος της συνεργασίας LIGO/Virgo – ήθελε να μάθει ποιες πληροφορίες σχετικά με τη βίαιη σύγκρουση και τη συγχώνευση αυτών των μαύρων οπών θα μπορούσαν να περιέχονται σε αυτό το σήμα.
Διαπίστωσαν ότι τη στιγμή που οι μαύρες τρύπες συγκρούστηκαν, η μαύρη τρύπα που προέκυψε είχε ένα λοξό σχήμα. Οι μαύρες τρύπες είναι σταθερές μόνο εάν έχουν σφαιρικό σχήμα, πράγμα που σημαίνει ότι η θυγατρική μαύρη τρύπα θα πρέπει να πάρει το σχήμα σφαίρας μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου από τη συγχώνευση.
Ακριβώς όπως το σχήμα ενός κουδουνιού καθορίζει τη συχνότητα με την οποία χτυπάει, η ομάδα είπε ότι καθώς αυτή η νέα μαύρη τρύπα άλλαξε σχήμα και σταθεροποιήθηκε, οι συχνότητες των βαρυτικών κυμάτων που εξέπεμπε μετατοπίστηκαν. Αυτά τα λεγόμενα βαρυτικά κύματα «δακτυλίου-κάτω» περιείχαν πληροφορίες για τη μάζα της κόρης της μαύρης τρύπας και επίσης την ταχύτητα με την οποία περιστρέφεται.
Παρόμοιες αναρτήσεις:
— Οι συγκρουόμενες μαύρες τρύπες «κυκλώνουν» μέσω του χωροχρόνου με κύματα βαρυτικών κυμάτων
— Οι συγκρουόμενες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να κρυφτούν υπό το φως υπερ-φωτεινών κβάζαρ
— Δύο υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που συγχωνεύονται ανακαλύφθηκαν το «κοσμικό μεσημέρι» στο πρώιμο σύμπαν
Αυτό σημαίνει ότι τα καθοδικά βαρυτικά κύματα από μια τέτοια συγχώνευση προσφέρουν στους επιστήμονες έναν εναλλακτικό τρόπο μέτρησης των ιδιοτήτων της συγχώνευσης μαύρων οπών, σε αντίθεση με την παραδοσιακή μέθοδο που χρησιμοποιεί τα βαρυτικά κύματα που παράγονται κατά τη διαδικασία της σπειροειδούς διαδικασίας.
Η ομάδα βρήκε δύο ξεχωριστές συχνότητες διάσπασης στο σήμα βαρυτικών κυμάτων GW190521, οι οποίες μαζί δίνουν στη μαύρη τρύπα που προκύπτει μια μάζα 250 ηλιακών μαζών. Αυτό σημαίνει ότι είναι σημαντικά πιο μαζική από ό,τι υποτέθηκε με βάση τα σπειροειδή βαρυτικά κύματα. Η ανακάλυψη αυτών των κυμάτων βαρύτητας ήταν συγκλονιστική ακόμη και για την ομάδα πίσω από αυτά τα ευρήματα.
«Ποτέ δεν πίστευα ότι θα έβλεπα τέτοια μέτρηση στη ζωή μου», είπε ο Badri Krishnan, συν-συγγραφέας της έρευνας και φυσικός στο Πανεπιστήμιο Radboud.
Η έρευνα της ομάδας περιγράφεται λεπτομερώς σε άρθρο που δημοσιεύτηκε στις 28 Νοεμβρίου στο περιοδικό Οι επιστολές φυσικής εξέτασης.