istraživanje

Pet neobičnih činjenica o crnim rupama koje je Opservatorij LIGO "vidio"

14. rujna 2015., samo nekoliko danaNakon prvog uključivanja LIGO, gravitacijski val prošao je kroz Zemlju. Poput milijardi sličnih valova koji su prošli kroz Zemlju kroz njenu povijest, i ovaj je nastao uvijanjem, spajanjem i sudarom dva ogromna ultra-udaljena objekta daleko izvan naše galaksije. S udaljenosti veće od milijardu svjetlosnih godina, dobili smo signal o spajanju dviju crnih rupa. Signal, koji se kretao brzinom svjetlosti, konačno je stigao do Zemlje.

I ovaj put smo bili spremni. Dvostruki LIGO detektori vidjeli su kako se ruke šire i sužavaju subatomskom količinom, ali to je bilo dovoljno da se laserski snop pomakne i proizvede očitu promjenu na interferencijskoj slici. Prvo smo otkrili gravitacijski val. Tri godine kasnije već smo otkrili jedanaest njih, od kojih je deset došlo iz crnih rupa. Evo što smo naučili.

Postojala su dva „pokretanja“ podataka iz LIGO: prvi od 12. rujna 2015. do 19. siječnja 2016. i drugi, s poboljšanom osjetljivošću, od 30. studenog 2016. do 25. kolovoza 2017. godine. Posebno posljednje lansiranje dogodilo se zajedno s VIRGO detektorom u Italiji, što je dodalo ne samo treći detektor, već je i značajno poboljšalo našu sposobnost označavanja mjesta pojave tih gravitacijskih valova. LIGO trenutno ne radi, zatvoren je za popravke s nadogradnjama koje će ga učiniti još osjetljivijim. Novo zasjedanje prikupljanja podataka trebalo bi započeti na proljeće 2019. godine.

Znanstvena suradnja LIGO 30. studenog objavila je rezultate svoje poboljšane analize koja je osjetljiva na posljednje faze spajanja objekata s masama od 1 do 100 sunčevih zraka.

Od 11 otkrića koja su učinjena naTrenutno 10 predstavlja fuziju crnih rupa, a samo GW170817 predstavlja fuziju neutronskih zvijezda. Spajanje neutronskih zvijezda dogodilo se najbliže nama - samo 130-140 milijuna svjetlosnih godina. Najmasovnije spajanje - GW170729 - čuli smo s udaljenosti od 9 milijardi godina.

Ova dva nalaza također predstavljaju najvišenajlakša i najteža fuzija s stvaranjem gravitacijskih valova: neutronske zvijezde mase 1,46 i 1,27 solarne mase sudarale su se u GW170817, a crne rupe mase 50,6 i 34,3 sunčeve mase sudarale su se u GW170729.

Evo pet nevjerojatnih činjenica koje smo saznali kroz sva ta otkrića.

Sadržaj

  • 1 # 1. Velika nije uvijek dobro vidljiva
  • 2 # 2. Više je detektora bolje.
  • 3 # 3. Spajanje crne rupe osvjetljava svemir
  • 4 # 4. Generatori napajanja
  • 5 # 5. Još manji - uskoro dolazi

# 1 Velika nije uvijek dobro vidljiva

Najveće spajanje crne rupe je najlakševidjeti - i nisu više od 50 solarnih masa. Gravitacijski valovi dobri su po tome što ih je lakše vidjeti izdaleka nego jedan izvor svjetlosti. Svjetlost gubi svjetlinu srazmjerno kvadratu na daljinu: zvijezda koja je deset puta udaljenija bit će sto puta zamračena. Ali gravitacijski valovi propadaju u izravnom odnosu s razmakom: crne rupe koje se nalaze na takvoj udaljenosti proizvest će 1/10, a ne 1/100, jačine signala.

Kao rezultat toga, možemo vidjeti vrlomasivne objekte na vrlo velikim udaljenostima, ali ne vidimo da se crne rupe spajaju na 75, 100, 150 ili 200+ sunčevih masa. Od 20 do 50 solarnih masa su prilično uobičajene, ali dosad nismo vidjeli ništa iznad toga. Možda su crne rupe koje proizlaze iz supermasivnih zvijezda doista rijetke.

# 2 Više je detektora bolje.

Istovremeno dodavanje trećeg detektorapoboljšava sposobnost određivanja položaja objekata i povećava učestalost otkrivanja. LIGO je radio oko 4 mjeseca tijekom prvog lansiranja i 9 mjeseci tijekom drugog. Ipak, polovica njihovih otkrića dogodila se u posljednjih mjesec dana: VIRGO je surađivao s tim. U 2017. godini otkriveni su događaji gravitacijskog vala ovih dana:

  • 29. srpnja (crne rupe solarnih masa 50,6 i 34,3),
  • 9. kolovoza (crne rupe solarnih masa 35.2 i 23.8),
  • 14. kolovoza (crne rupe solarnih masa 30,7 i 25,3),
  • 17. kolovoza (neutronske zvijezde solarnih masa 1,46 i 1,27),
  • 18. kolovoza (crne rupe solarnih masa 35.5 i 26.8),
  • 23. kolovoza (crne rupe solarnih masa 39,6 i 29,4).

Tijekom ovog posljednjeg mjeseca promatranja, mipronašli spajanja više od jednom tjedno. Možda kada postanemo osjetljivi na velike udaljenosti i signale manjih amplituda i masa, 2019. godinu ćemo početi viđati jedan događaj.

# 3 Spajanje crne rupe osvjetljava svemir

Kad su se našle crne rupesudarili su se, na svom vrhuncu su ispuštali više energije nego sve zvijezde u svemiru zajedno. Naše Sunce je standard koji oblikuje naš pogled na ostale zvijezde. Sjaji tako sjajno da je njegova ukupna proizvodnja energije - 4 x 1026 W - ekvivalentna pretvaranju četiri milijuna tona materije u čistu energiju svake sekunde.

S procjenom od ~ 1023 zvijezda u promatranom Svemiru,Ukupna izlazna snaga svih zvijezda koje blistaju na nebu premašuje 1049 vata u bilo kojem trenutku: ogromna količina energije distribuirana je u cijelom kozmosu. Ali u roku od nekoliko milisekundi tijekom vrhunca spajanja dvostrukih crnih rupa, svaki od 10 promatranih događaja, u smislu energije, zasjenio je sve zvijezde Svemira u kombinaciji. (Iako je taj iznos relativno mali). Nije iznenađujuće što su se na ovom popisu našla najmasovnija spajanja.

# 4. Generatori napajanja

Oko 5% ukupne mase obje crne rupepretvorena u čistu energiju prema Einsteinovoj formuli E = mc2 tijekom ovih spajanja. Ripke u prostoru koje proizvode ove spajanja crnih rupa moraju potjecati odnekud i nekako moraju poticati od mase crnih rupa koje se spajaju same. U prosjeku, na osnovu veličine signala gravitacijskih valova koje smo vidjeli i vraćene udaljenosti do njih, crne rupe izgube oko 5% svoje ukupne mase, koja se pretvara u energiju gravitacijskog vala kad se spoje.

  • GW170608, fuzija crnih rupa s najmanjom masom, pretvorila je 0,9 solarne mase u energiju.
  • GW150914, prvi sjaj crnih rupa, pretvorio je 3,1 solarne mase u energiju.
  • GW170729, najmasovnija fuzija crnih rupa, pretvorio je 4,8 solarnih masa u energiju.

Ovi rijaliti događaji uprostor-vrijeme su najenergičniji događaji poznati od Velikog praska. Proizvode više energije nego bilo koja fuzija neutronskih zvijezda, praska gama zraka ili supernova.

# 5 Još manji - uskoro dolazi

Uz sve što smo vidjeli do sadamožemo očekivati ​​da ćemo vidjeti spajanje crnih rupa s manjom masom i većom frekvencijom. Najmasovnije fuzije crne rupe proizvode signale s najvećom amplitudom, pa ih je najlakše detektirati. Ali s obzirom na to koliko su volumen i udaljenost povezani, dvostruko veća udaljenost znači osam puta veću količinu. Što je LIGO osjetljiviji, to je lakše otkrivati ​​masivne objekte na većoj udaljenosti od objekata male mase u blizini.

Znamo da u 7, 10, 15 postoje crne rupeili 20 solarnih masa, ali LIGO je lakše uočiti masivniju crnu rupu daleko. Očekujemo da postoje dvostruke crne rupe s raznolikim masama: jedna će biti mnogo masivnija od druge. Kako se naša osjetljivost poboljšava, očekujemo da će ih biti više, ali da će biti najlakše pronaći one najmasovnije. Očekujemo da će najmasovniji od njih dominirati prvim otkrićima, baš kao što su „vrući Jupiteri“ dominirali u prvim potragama za egzoplanetima. Kako poboljšavamo postupak pretraživanja, naći ćemo više crnih rupa s manje mase.

Kad je otkrivanje prvo najavljenogravitacijski val, zajedno s tim rođena je i astronomija gravitacijskog vala. Ljudi su ovaj događaj uspoređivali s onim kad je Galileo prvi put poslao svoj teleskop u nebo, ali u stvarnosti je to mnogo više. Bilo je to kao da je naše nebo prekriveno oblacima, a prvo smo razvili uređaj koji nam omogućuje da kroz njih vidimo dovoljno svijetao izvor gravitacije: fuziju crnih rupa ili neutronskih zvijezda. Budućnost astronomije gravitacijskog vala obećava da će revolucionirati naše razumijevanje svemira, prikazati ga u novom svjetlu. A ta je budućnost već stigla.

Jeste li spremni iskoristiti svoje prednosti? Recite u našem razgovor u Telegramu.