Forskning

Fem usædvanlige fakta om sorte huller, som LIGO-observatoriet “så”

14. september 2015, bare et par dageEfter den første LIGO-tændning passerede en tyngdekraftbølge gennem Jorden. Ligesom de milliarder af lignende bølger, der er passeret gennem Jorden gennem dens historie, blev denne genereret af det hvirvlende, fusion og sammenstød af to massive ultra-fjerne objekter langt ud over vores galakse. Fra en afstand på mere end en milliard lysår modtog vi et signal om fusionen af ​​to sorte huller. Signalet, der bevæger sig med lysets hastighed, nåede endelig jorden.

Og denne gang var vi klar. Dobbelt LIGO-detektorer så, hvordan deres arme ekspanderede og kontraherede med en subatomisk mængde, men det var nok til, at laserstrålen bevægede sig og producerede en åbenlys ændring i interferensbilledet. Vi opdagede først en gravitationsbølge. Tre år senere opdagede vi allerede elleve af disse, hvoraf ti kom fra sorte huller. Dette er, hvad vi lærte.

Der var to "kørsler" af LIGO-data: den første fra 12. september 2015 til 19. januar 2016 og den anden med forbedret følsomhed fra 30. november 2016 til 25. august 2017. Især den sidste lancering fandt sted sammen med VIRGO-detektoren i Italien, som ikke kun tilføjede en tredje detektor, men også markant forbedrede vores evne til at markere stedet for forekomsten af ​​disse gravitationsbølger. LIGO fungerer i øjeblikket ikke, lukket for reparationer med opdateringer, der gør det endnu mere følsomt. En ny dataindsamlingssession skulle begynde i foråret 2019.

Den 30. november annoncerede det videnskabelige samarbejde LIGO resultaterne af dets forbedrede analyse, som er følsom over for de sidste faser af fusionen af ​​objekter med masser fra 1 til 100 solenergi.

Af de 11 opdagelser, der blev gjort tilPå nuværende tidspunkt repræsenterer 10 sammensmeltningen af ​​sorte huller, og kun GW170817 repræsenterer fusionen af ​​neutronstjerner. Fusionen af ​​neutronstjerner fandtes tættest på os - kun 130-140 millioner lysår. Den mest massive fusion - GW170729 - vi hørte fra en afstand af 9 milliarder år.

Disse to fund repræsenterer også mestden letteste og tyngste fusion med dannelse af tyngdekraftsbølger: neutronstjerner med en masse på 1,46 og 1,27 solmasser kolliderede i GW170817, og sorte huller med en masse på 50,6 og 34,3 solmasser kolliderede i GW170729.

Her er fem fantastiske fakta, som vi lærte gennem alle disse opdagelser.

Indholdet

  • 1 # 1. Store er ikke altid bedre synlige
  • 2 # 2. Flere detektorer er bedre.
  • 3 # 3. Black Hole Fusion lyser universet
  • 4 # 4. Strømgeneratorer
  • 5 # 5. Mere mindre - kommer snart

# 1 Store er ikke altid bedre synlige

Den største fusion i sort hul er den nemmesteat se - og de er ikke mere end 50 solmasser. Tyngdepunktbølger er gode, idet de er lettere at se langt fra end en lyskilde. Lys mister lysstyrken i forhold til afstanden: en stjerne, der er ti gange længere væk, er hundrede gange svagere. Men gravitationsbølger forfalder i direkte forhold til afstanden: sorte huller, der er i en sådan afstand, frembringer 1/10 og ikke 1/100 af signalstyrken.

Som et resultat af dette kan vi se megetmassive genstande i meget store afstande, men vi ser ikke sorte huller, der smelter sammen med 75, 100, 150 eller 200+ solmasser. Fra 20 til 50 solmasser er ganske almindelige, men indtil videre har vi ikke set noget over det. Måske er sorte huller, der stammer fra supermassive stjerner, faktisk sjældne.

# 2 Flere detektorer er bedre.

Tilføjelse af en tredje detektor på samme tidforbedrer evnen til at bestemme objekternes placering og øger detekteringsfrekvensen. LIGO arbejdede i cirka 4 måneder under den første lancering og 9 måneder i løbet af den anden. Ikke desto mindre fandt halvdelen af ​​deres opdagelser sted den sidste måned: VIRGO arbejdede med det. I 2017 blev gravitationsbølgebegivenheder påvist i disse dage:

  • 29. juli (sorte huller i solmasser 50,6 og 34,3),
  • 9. august (sorte huller i solmasser 35.2 og 23.8),
  • 14. august (sorte huller i solmasser 30,7 og 25,3),
  • 17. august (neutronstjerner af solmasser 1,46 og 1,27),
  • 18. august (sorte huller i solmasser 35,5 og 26,8),
  • 23. august (sorte huller i solmasser 39,6 og 29,4).

I løbet af denne sidste observationsmåned, vifundet fusioner mere end en gang om ugen. Måske når vi bliver følsomme over for store afstande og signaler om mindre amplituder og masser, vil vi begynde at se en begivenhed om dagen i 2019.

# 3 Black Hole Fusion lyser universet

Da de sorte huller fandt vikolliderede, frigav de mere energi på sit højdepunkt end alle stjernerne i universet tilsammen. Vores sol er den standard, der former vores syn på resten af ​​stjernerne. Det lyser så lyst, at dets samlede energiproduktion - 4 x 1026 W - svarer til at omdanne fire millioner tons stof til ren energi hvert sekund.

Når estimeret ~ 1023 stjerner i det observerbare univers,Den samlede outputeffekt for alle stjerner, der skinner på himlen, overstiger 1049 watt på ethvert givet tidspunkt: en enorm mængde energi er fordelt over hele kosmos. Men inden for et par millisekunder under toppen af ​​fusionen af ​​dobbelt sorte huller overskyggede hver af de 10 observerede begivenheder, hvad angår energi, alle stjerner i universet samlet. (Selvom dette beløb er relativt lille). Ikke overraskende toppede de mest massive fusioner denne liste.

# 4. Strømgeneratorer

Cirka 5% af den samlede masse af begge sorte hullerkonverteres til ren energi i henhold til Einsteins formel E = mc2 under disse fusioner. Krusningerne i rummet, som disse sorte hulfusioner producerer, skal komme fra et sted og må på en eller anden måde komme fra massen af ​​de sorte huller, der smelter sammen. Baseret på størrelsen af ​​signalerne fra tyngdekraftsbølger, som vi så, og de gendannede afstande til dem, mister sorte huller i gennemsnit ca. 5% af deres samlede masse, som bliver til tyngdekraftsbølgeenergi, når de fusioneres.

  • GW170608, fusionen af ​​sorte huller med den laveste masse, konverterede 0,9 solmasser til energi.
  • GW150914, den første udstråling af sorte huller, konverterede 3,1 solmasser til energi.
  • GW170729, den mest massive sorte hulfusion, har omdannet 4,8 solmasser til energi.

Disse krusningsbegivenheder irumtid er de mest energiske begivenheder, der er kendt siden Big Bang. De producerer mere energi end nogen fusion af neutronstjerner, gammastråle-bursts eller supernovaer.

# 5 Mere mindre - kommer snart

Med alt det, vi har set indtil videreVi kan forvente, at vi vil se sammenlægningen af ​​sorte huller med en lavere masse og en højere frekvens. De mest massive sorte hulfusioner producerer signaler med den største amplitude, så de er nemmest at opdage. Men i betragtning af hvordan volumen og afstand hænger sammen, betyder en dobbelt så stor afstand otte gange så meget volumen. Jo mere følsom LIGO bliver, jo lettere er det at registrere massive genstande i store afstande end objekter med lav masse i nærheden.

Vi ved, at der er sorte huller i 7, 10, 15eller 20 solmasser, men LIGO er lettere at se et mere massivt sort hul væk. Vi forventer, at der er dobbelt sorte huller med divergerende masser: den ene af dem vil være meget mere massiv end den anden. Efterhånden som vores følsomhed forbedres, forventer vi, at der vil være mere, men det vil være lettere at finde de mest massive. Vi forventer, at de mest massive af dem vil dominere de første opdagelser, ligesom de "varme Jupitere" dominerede de første søgninger efter eksoplaneter. Når vi forbedrer søgeprocessen, vil vi finde flere sorte huller med mindre masse.

Da opdagelsen blev annonceret førstsammen med denne blev gravitationsbølgen astronomi født. Folk sammenlignede denne begivenhed med da Galileo først sendte sit teleskop til himlen, men i virkeligheden er det meget mere. Det var som om vores himmel var dækket af skyer, og vi udviklede først en anordning, der giver os mulighed for at se gennem dem en tilstrækkelig lys tyngdekilde: sammensmeltningen af ​​sorte huller eller neutronstjerner. Fremtidens gravitationsbølge-astronomi lover at revolutionere vores forståelse af universet for at vise det i et nyt lys. Og denne fremtid er allerede ankommet.

Klar til at høste fordelene? Fortæl i vores chat i telegram.