Fizičari su otkrili spajanje crnih rupa koje ne bi trebale postojati

Prije sedam milijardi godina, negdje na rubuU svemiru došlo je do sudara dva divovska tamna predmeta. Ovaj događaj baca svjetlo na nevidljivi proces ubrzanog širenja Svemira: vibrirajući u prostoru-vremenu, dvije supermasivne crne rupe dale su glasan, naglo lomljiv zvuk. Signal je trajao desetinku sekunde, ali to je bilo dovoljno da ga detektori LIGO interferometrijske zvjezdarnice gravitacijskog vala i VIRGO interferometrijske zvjezdarnice zabilježe. Kao što pišu autori novih studija, kratki signal iz daleke galaksije postavlja mnoga pitanja, posebno u područjima povezanim s nastankom i evolucijom crnih rupa. Jedna, ili eventualno obje sudarajuće rupe bile su previše masivne i nisu mogle nastati kao rezultat kolapsa neutronskih zvijezda. Štoviše, spajanje je stvorilo još veću crnu rupu, koja je 142 puta veća od mase Sunca i ne bi trebala postojati prema standardnim modelima. Ali kako je to moguće?

Simulacija spajanja crnih rupa izgleda ovako

Anomalne crne rupe

Crne rupe koje je predvidio Albert Einsteinto su masivni objekti čija je gravitacijska privlačnost tolika da ih čak ni fotoni svjetlosti ne mogu napustiti. Postojanje tih misterioznih objekata dokazano je 2015. godine, nakon što su zvjezdarnice LIGO i VIRGO zabilježile gravitacijske valove - mreškanje u prostoru-vremenu koje su se pojavile kao rezultat sudara dviju supermasivnih crnih rupa. Pročitajte više o otkriću koje je osnivačima LIGO-a donijelo Nobelovu nagradu za fiziku u materijalu mog kolege Artema Sutyagina.

Većina poznatih crnih rupa je mrtvamasivne zvijezde koje su se srušile u objekte nekoliko puta masivnije od Sunca. Ali unutar galaksija postoje crne rupe milijune ili milijarde puta masivnije od naše matične zvijezde. Kako su ti predmeti narasli do ove veličine - vječna tajna astronomije.

Na kraju vašeg života, kad nestanu zvijezdenuklearno gorivo i više se ne opiru vlastitoj gravitaciji, urušavaju se (kolabiraju). Zvijezde male mase, uključujući naše Sunce, na kraju postaju slabi zvjezdani duhovi poznati kao "bijeli patuljci". Zvijezde koje su oko 8 puta veće od mase Sunca postaju nevjerojatno guste i maleni objekti koji se nazivaju neutronske zvijezde. A doista masivne zvijezde preko 20 Sunčevih masa rođenjem postaju crne rupe, s konačnim masama u rasponu od nekoliko do oko 40 Sunčevih masa.

Do nedavno, istraživači nisupostoji mnogo dokaza o postojanju crnih rupa prosječne i, recimo, srednje veličine, čija masa premašuje sunčevu masu za 100 i 100 000 puta. Crna rupa stvorena spajanjem tako masivnih objekata prvi je uvjerljiv primjer postojanja ove "karike koja nedostaje" u astronomiji.

Slika prikazuje mreškanje prostora-vremena i kratki zvučni signal

New York Times riječi je odmah citiraonekoliko znanstvenika koji nisu sudjelovali u istraživanju. Primjerice, astrofizičarka sa Sveučilišta Northwestern Vicki Kalorega napisala je u e-poruci: „Ovo je prvo i jedino pouzdano mjerenje mase srednje velike crne rupe u trenutku njezinog rođenja. Sada pouzdano znamo da je barem jedan način na koji se ti objekti mogu stvoriti spajanjem drugih crnih rupa. "

Da biste uvijek bili svjesni najnovijih vijesti iz svijeta popularne znanosti i visokih tehnologija, pretplatite se na naš kanal vijesti u Telegramu.

Prema Sergeju Klimenku, fizičaru sa Sveučilišta Florida, otkriće je također važna prekretnica u astronomiji gravitacijskih valova. Znanstvenik je tražio ove predmete posljednjih 15 godina. Istraživač je primijetio da astronomi možda jesudobio je ideju o procesu kojim svemir "gradi" crne rupe u mraku, pretvarajući sitne predmete u tutnjave levijatane.

Daniel Holtz, teoretski fizičar iz Chicagasveučilište i član LIGO tima, nazvao je novo djelo "prvim uistinu nevjerojatnim otkrićem LIGO / Djevice". Ranije otkriveni drugi binarni sustavi, prema znanstveniku, dovoljno se uklapaju u očekivanja. Ali u ovom slučaju, takve masivne crne rupe ne bi trebale postojati!

Međunarodna skupina istraživača uključena usuradnje LIGO i Djevice, izvijestili su o svojim nalazima u dva rada objavljena u Physical Review Letters i Astrophysical Journal Letters. Prema dobivenim rezultatima, događaji su se odvijali na gotovo nezamislivoj udaljenosti od Zemlje - 17 milijardi svjetlosnih godina. Jedna crna rupa ima masu 85 puta veću od mase Sunca, a druga čija je masa 66 puta veća od mase naše matične zvijezde, stopili su se zajedno u sudaru, stvarajući crnu rupu 142 puta masivniju od Sunca.

Kako napominju autori studije, ovaj procesSpajanje bi moglo biti važan trag o podrijetlu masivnije od dvije crne rupe. Vjerojatno je crna rupa GW190521 imala masu od 85 Sunca i, prema standardnoj astrofizičkoj logici, nije trebala postojati. Crne rupe s masama od 50 do 120 sunca ne mogu nastati, barem od umiruće zvijezde - upravo to pokazuju povijest i izračuni.

Tajne masivnih zvijezda

Istraživači sugeriraju već duže vrijemeda se nešto neobično događa s vrlo, vrlo masivnim zvijezdama, možda onima čija je početna masa između 130 i 250 sunčevih masa, čije se jezgre na kraju zvjezdane evolucije jako zagriju (oko milijardu stupnjeva Kelvina). Svjetlost koja se reflektira unutar ovih zvijezda toliko je energična da se može transformirati u parove elektrona i pozitrona (pozitroni su antimaterijalni pandan elektrona - gotovo su identični, ali imaju suprotan naboj).

"Srednje" crne rupe nedostaju karika u astronomiji

To pak zvijezdu čini nestabilnom:tlak naglo pada, središte zvijezde se smanjuje i zagrijava, a prolazna nuklearna fuzija uzrokuje da cijela zvijezda eksplodira u sjajnoj "nestabilnosti para" supernove, ne ostavljajući za sobom ostatke.

Zanimljivo: Crne rupe mogu se koristiti kao izvor beskonačne energije

Kao što dr. Holtz primjećuje, velika crna rupaje usred područja gdje crne rupe ne pripadaju. Čini se da je priroda ignorirala sve naše pažljive teorijske izračune, tvrdeći da crne rupe ove mase ne postoje. Dodao je: „Ovakva otkrića obeshrabruju i pobuđuju zanimanje. S jedne strane, pokazalo se da je jedno od naših glavnih uvjerenja pogrešno. S druge strane, u ovome je nešto novo i neočekivano, a sada se utrka nastavlja, jer morate pokušati shvatiti što se događa.

Prema dr. Holzu i drugima, najvišeIntrigantna je mogućnost da su pretjerano masivnu crnu rupu GW190521 stvorile dvije manje crne rupe koje su se sudarile i spojile. U ovom slučaju, spajanje uočeno u lipnju 2020. godine bilo bi događaj druge ili čak treće generacije, jedan od hijerarhijskih serija spajanja crnih rupa koje bi na kraju dovele do supermasivnih crnih rupa. Neki astrofizičari vjeruju da će se takva spajanja vjerojatno dogoditi u blizini središta galaksija, gdje supermasivne crne rupe stvaraju vrtložne spirale plina i drugih objekata u kojima se tisuće manjih crnih rupa mogu skupiti i umnožiti.