επιστήμη

Οι συγχωνεύσεις μαύρων οπών μπορεί να εκπέμπουν διπλά χτυπήματα, δίνοντάς μας ενδείξεις για το σχήμα τους

Μεγέθυνση / Η απεικόνιση του καλλιτέχνη μιας συγχώνευσης μαύρων τρυπών. Νέες προσομοιώσεις υποδηλώνουν ότι οι συγκρουόμενες μαύρες τρύπες δεν πρέπει να εκπέμπουν ούτε μία, αλλά πολλαπλές ενδεικτικές λέξεις “chirps”, όταν παρατηρείται σύγκρουση από τον “ισημερινό” της τελικής μαύρης τρύπας.

N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno, SXS Συνεργασία

Οι φυσικοί κυνηγούν τη συγχώνευση μαύρων τρυπών και άλλων παρόμοιων κοσμικών γεγονότων μέσω της ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων, από τα οποία μπορούν να συλλέξουν πολύτιμες πληροφορίες, όπως η μάζα τόσο των προδρόμων μαύρων οπών όσο και της τελικής, μεγαλύτερης μαύρης τρύπας που προκύπτει από τη συγχώνευση. Τώρα μια ομάδα επιστημόνων έχει βρει στοιχεία από προσομοιώσεις υπερυπολογιστών ότι αυτά τα κύματα μπορούν επίσης να κωδικοποιήσουν το σχήμα των συγχωνευμένων μαύρων οπών καθώς εγκαθίστανται στην τελική τους μορφή, σύμφωνα με ένα νέο χαρτί δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications Physics.

Η γενική σχετικότητα προβλέπει ότι δύο συγχωνευμένες μαύρες τρύπες θα πρέπει να εκπέμπουν ισχυρά κύματα βαρύτητας – κυματισμοί στο ύφασμα του χωροχρόνου τόσο εξασθενημένοι που είναι πολύ δύσκολο να εντοπιστούν. Οι κυματομορφές αυτών των σημάτων χρησιμεύουν ως ηχητικό δακτυλικό αποτύπωμα των δύο μαύρων οπών που περιστρέφονται προς τα μέσα το ένα προς το άλλο και συγχωνεύονται σε ένα τεράστιο συμβάν σύγκρουσης, στέλνοντας ισχυρά κύματα σοκ σε χωροχρόνο. Οι φυσικοί ψάχνουν για μια αφήγηση “chirp” μοτίβο στα δεδομένα καθώς συγκρούονται οι δύο μαύρες τρύπες. Η νέα υπολειπόμενη μαύρη τρύπα δονείται από τη δύναμη αυτής της πρόσκρουσης, και αυτές οι δονήσεις – που ονομάζονται “ringdown”, καθώς μοιάζει με τον ήχο ενός κουδουνιού να χτυπάται – παράγουν επίσης βαρυτικά κύματα. Επιπλέον, τα σήματα βαρυτικού κύματος έχουν πολλές συχνότητες, με την ονομασία “overtones”, που εξασθενίζουν με διαφορετικούς ρυθμούς (αποσύνθεση), με κάθε τόνο να αντιστοιχεί σε συχνότητα δόνησης της νέας μαύρης τρύπας.

READ  8 Θάνατοι και 1.908 Νέες Υποθέσεις - Ενημέρωση - Προθεσμία

Το LIGO ανιχνεύει αυτά τα κύματα βαρύτητας μέσω της συμβολομετρίας λέιζερ, χρησιμοποιώντας λέιζερ υψηλής ισχύος για τη μέτρηση μικρών αλλαγών στην απόσταση μεταξύ δύο αντικειμένων που βρίσκονται σε απόσταση χιλιομέτρων. (Η LIGO έχει ανιχνευτές στο Χάνφορντ της Ουάσινγκτον και στο Λίβινγκστον της Λουιζιάνας, ενώ ένας τρίτος ανιχνευτής στην Ιταλία, Προηγμένο VIRGO, ήρθε στο διαδίκτυο το 2016.) Στις 14 Σεπτεμβρίου 2015, στις 5:51 π.μ. EDT, και οι δύο ανιχνευτές πήραν σήματα μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου μεταξύ τους για πρώτη φορά.

Έκτοτε, το LIGO έχει αναβαθμιστεί και έχει πραγματοποιήσει δύο ακόμη διαδρομές, ξεκινώντας την τρίτη του εκτέλεση την 1η Απριλίου 2019. Μέσα σε ένα μήνα, η συνεργασία εντόπισε πέντε ακόμη γεγονότα βαρυτικών κυμάτων: τρεις από τη συγχώνευση μαύρων οπών, μία από τη συγχώνευση αστεριών νετρονίων και μια άλλη που μπορεί να ήταν η πρώτη περίπτωση συγχώνευσης αστεριού νετρονίων / μαύρων οπών.

Πιο πρόσφατα, τον Ιούνιο του 2020 η συνεργασία ανακοίνωσε την ανίχνευση μιας δυαδικής συγχώνευσης μαύρων τρυπών στις 21 Μαΐου 2019 (ορίζεται S190521g). Και μόλις τον περασμένο μήνα, η συνεργασία LIGO / VIRGO ανακοίνωσε ότι είχε εντοπίσει ένα σήμα κύματος βαρύτητας από άλλη συγχώνευση μαύρων οπών. Αυτή ήταν η πιο μαζική και πιο μακρινή συγχώνευση που εντοπίστηκε ακόμη από τη συνεργασία και παρήγαγε το πιο ενεργητικό σήμα που ανιχνεύτηκε μέχρι στιγμής. Εμφανίστηκε στα δεδομένα περισσότερο από ένα “κτύπημα” από το συνηθισμένο “χτύπημα”. Η ανίχνευση σηματοδότησε επίσης την πρώτη άμεση παρατήρηση μιας μαύρης τρύπας ενδιάμεσης μάζας.

Σύμφωνα με τον Christopher Evans, απόφοιτο φοιτητή της Georgia Tech και συν-συγγραφέας αυτής της τελευταίας εργασίας, αυτός και οι συνάδελφοί του διεξήγαγαν προσομοιώσεις υπερυπολογιστών συγκρούσεων με μαύρες τρύπες και στη συνέχεια συνέκριναν τα βαρυτικά κύματα που εκπέμπονται από την υπολειπόμενη μαύρη τρύπα με το ταχέως μεταβαλλόμενο σχήμα του εγκαταστάθηκε στην τελική του μορφή. Αποδεικνύεται ότι οι τυπικές παρατηρήσεις κύματος βαρύτητας μελετούν συνήθως τη συγχώνευση από την κορυφή της υπολειπόμενης μαύρης τρύπας. Όταν η ομάδα εξέτασε το συμβάν από τη σκοπιά του ισημερινού του υπολείμματος, οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι τα σήματα βαρυτικών κυμάτων “είναι πολύ πιο πλούσια και πολύπλοκα από ό, τι συνήθως πιστεύεται”. Ο Έβανς είπε.

“Όταν παρατηρήσαμε μαύρες τρύπες από τον ισημερινό τους, διαπιστώσαμε ότι η τελική μαύρη τρύπα εκπέμπει ένα πιο περίπλοκο σήμα, με ένα βήμα που ανεβαίνει και κατεβαίνει μερικές φορές πριν πεθάνει”, είπε ο συν-συγγραφέας Juan Calderón Bustillo του Γαλικικού Ινστιτούτου Φυσικής Υψηλής Ενέργειας στο Σαντιάγο ντε Κομποστέλα της Ισπανίας. “Με άλλα λόγια, η μαύρη τρύπα χτυπάει πολλές φορές.”

Και αυτό το πιο περίπλοκο σήμα φαίνεται επίσης να κωδικοποιεί πληροφορίες σχετικά με το σχήμα που θα λάβει η τελική υπολειπόμενη μαύρη τρύπα. “Όταν οι δύο πρωτότυπες μαύρες τρύπες των γονέων είναι διαφορετικών μεγεθών, η τελική μαύρη τρύπα μοιάζει αρχικά με ένα κάστανο, με ένα άκρο στη μία πλευρά και ένα πλατύτερο, πιο ομαλό πίσω από την άλλη,” είπε ο Bustillo. “Αποδεικνύεται ότι η μαύρη τρύπα εκπέμπει πιο έντονα κύματα βαρύτητας μέσω των πιο καμπυλών περιοχών της, οι οποίες είναι εκείνες που περιβάλλουν την ακμή της. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η υπολειπόμενη μαύρη τρύπα περιστρέφεται επίσης και η ακμή και η πλάτη της δείχνουν επανειλημμένα σε όλους τους παρατηρητές, παράγοντας πολλαπλά κορίτσια “

Οι συγγραφείς καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η υπάρχουσα ευαισθησία των ανιχνευτών LIGO / VIRGO θα πρέπει να είναι επαρκής για να παρατηρήσει αυτήν την υπογραφή μετά από συγχώνευση στα δεδομένα τους.

DOI: Φυσική Επικοινωνιών, 2020. 10.1038 / s42005-020-00446-7 (Σχετικά με τα DOI).

Related Articles

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

Back to top button
Close
Close