Viisi epätavallista tosiasiaa mustista reikistä, jotka LIGO-observatorio "näki"

14. syyskuuta 2015, vain muutama päiväEnsimmäisen LIGO-kytkennän jälkeen maapallon läpi kulki painovoima-aalto. Kuten miljardeja samanlaisia ​​aaltoja, jotka ovat kulkeneet maan läpi koko historiansa, tämäkin syntyi kahden massiivisen ultrakaukaisen esineen kiertyessä, sulautuessa ja törmäyksessä kaukana galaksiamme ulkopuolelta. Yli miljardin valovuoden etäisyydeltä saimme signaalin kahden mustan aukon sulautumisesta. Valon nopeudella liikkuva signaali saavutti lopulta maan.

Ja tällä kertaa olimme valmiita. Kaksinkertaiset LIGO-ilmaisimet näkivät, kuinka heidän aseensa laajenivat ja supistuivat alaatomisella määrällä, mutta se riitti lasersäteen liikkumiseen ja aiheuttamaan ilmeisen muutoksen häiriökuvassa. Löysimme ensin gravitaatioaallon. Kolme vuotta myöhemmin löysimme jo yksitoista näistä, joista kymmenen tuli mustista reikistä. Tässä on mitä opimme.

LIGO-tietoja oli kaksi "ajoa": ensimmäinen 12. syyskuuta 2015 - 19. tammikuuta 2016 ja toinen parannetulla herkkyydellä 30. marraskuuta 2016 - 25. elokuuta 2017. Erityisesti viimeinen laukaisu tapahtui yhdessä VIRGO-ilmaisimen kanssa Italiassa, joka lisäsi kolmannen ilmaisimen lisäksi myös merkittävästi kykyämme merkitä näiden painovoima-aaltojen esiintymispaikka. LIGO ei tällä hetkellä toimi, suljettu korjauksia varten päivityksillä, jotka tekevät siitä vielä herkempiä. Uuden tiedonkeruun tulisi alkaa keväällä 2019.

LIGO-tieteellinen yhteistyö ilmoitti 30. marraskuuta tulokset parannetusta analyysistään, joka on herkkä esineiden sulautumisen viimeisille vaiheille massoilla 1 - 100 aurinkoa.

Niistä 11 löytöstä, jotka tehtiinTällä hetkellä 10 edustaa mustien reikien sulautumista ja vain GW170817 edustaa neutronitähteiden fuusiota. Neutronitähteiden fuusio tapahtui lähinnä meitä - vain 130–140 miljoonaa valovuotta. Suurin sulautuminen - GW170729 - kuulimme 9 miljardin vuoden etäisyydeltä.

Nämä kaksi havaintoa edustavat myös enitenkevyin ja raskain fuusio gravitaatioaaltojen muodostumisen myötä: GW170817: ssä törmäsivät neutronitähdet, joiden massa oli 1,46 ja 1,27, ja GW170729 törmäsivät mustat aukot, joiden massa oli 50,6 ja 34,3.

Tässä on viisi hämmästyttävää tosiasiaa, jotka olemme oppineet kaikkien näiden löytöjen kautta.

Sisältö

• 1 # 1. Iso ei aina näy paremmin
• 2 # 2. Lisää ilmaisimia on parempia.
• 3 # 3. Musta reiän yhdistäminen valaisee maailmankaikkeutta
• 4 # 4. Sähkögeneraattorit
• 5 # 5. Pienempiä - tulossa pian

# 1 Iso ei aina näy paremmin

Suurin musta aukko -fuusio on helpoinnähdä - ja ne eivät ole yli 50 aurinkoa. Painovoima-aallot ovat hyviä siinä mielessä, että niitä on helpompi nähdä kaukaa kuin valonlähde. Valo menettää kirkkauden suhteessa etäisyyden neliöön: tähti, joka on kymmenen kertaa kauempana, on sata kertaa himmeämpi. Mutta painovoima-aallot rappeutuvat suoraan suhteessa etäisyyteen: Tällaisella etäisyydellä olevat mustat aukot tuottavat 1/10 eikä 1/100 signaalin voimakkuudesta.

Tämän seurauksena voimme nähdä hyvinmassiivisia esineitä erittäin suurilla etäisyyksillä, mutta emme näe mustia reikiä sulautuvan 75, 100, 150 tai 200+ aurinkomassoihin. 20-50 aurinkomassat ovat melko yleisiä, mutta toistaiseksi emme ole nähneet mitään sen yläpuolella. Ehkä supermassiivisista tähtiä aiheuttavat mustat aukot ovat todellakin harvinaisia.

# 2 Lisää ilmaisimia on parempia.

Lisätään kolmas ilmaisin samaan aikaanparantaa kykyä määrittää esineiden sijainti ja lisää havaitsemistiheyttä. LIGO työskenteli noin 4 kuukautta ensimmäisen lanseerauksen aikana ja 9 kuukautta toisen aikana. Siitä huolimatta puolet heidän löytöistään tapahtui viime kuussa: VIRGO työskenteli sen kanssa. Vuonna 2017 havaittiin gravitaatioaallon tapahtumia näinä päivinä:

• 29. heinäkuuta (aurinkomassojen mustat aukot 50,6 ja 34,3),
• 9. elokuuta (aurinkomassojen mustat aukot 35,2 ja 23,8),
• 14. elokuuta (aurinkomassojen mustat aukot 30.7 ja 25.3),
• 17. elokuuta (aurinkomassojen neutronitähdet 1,46 ja 1,27),
• 18. elokuuta (aurinkomassojen mustat aukot 35,5 ja 26,8),
• 23. elokuuta (aurinkomassojen mustat aukot 39.6 ja 29.4).

Viimeisen havaintokuukauden aikana melöysi fuusioita useammin kuin kerran viikossa. Ehkä kun meistä tulee herkkiä suurille etäisyyksille ja signaaleille, joiden amplitudit ja massat ovat pienemmät, alamme nähdä yhden tapahtuman päivässä vuonna 2019.

# 3 Musta reiän yhdistäminen valaisee maailmankaikkeutta

Kun mustia reikiä löysimmetörmäsi, he vapauttivat enemmän energiaa huipullaan kuin kaikki maailmankaikkeuden tähdet yhdessä. Aurinkomme on standardi, joka muotoilee näkymäämme muihin tähtiin. Se loistaa niin kirkkaasti, että sen kokonaisenergiantuotanto - 4 x 1026 W - vastaa neljän miljoonan tonnin aineen muuttamista puhtaana energiana joka sekunti.

Arviolla ~ 1023 tähteä havaittavissa olevassa maailmankaikkeudessa,Kaikkien taivaalla paistavien tähtien kokonaislähtöteho ylittää 1049 wattia milloin tahansa: valtava määrä energiaa jakautuu koko kosmokseen. Mutta muutaman millisekunnin sisällä kaksinkertaisten mustien reikien sulautumisen huipussa, jokainen kymmenestä havaitusta tapahtumasta, energian suhteen, varjoi kaikkia tähtiä maailmankaikkeudessa yhdessä. (Vaikka tämä määrä on suhteellisen pieni). Ei ole yllättävää, että laajimmat sulautumiset kärjivät tätä luetteloa.

# 4. Sähkögeneraattorit

Noin 5% molempien mustien reikien kokonaismassastamuunnetaan puhtaaseksi energiaksi Einsteinin kaavan E = mc2 mukaisesti näiden sulautumisten aikana. Näiden mustien reikien sulautumien tuottaman aallon värinän on tultava jostakin, ja niiden on jotenkin oltava peräisin itse sulautuvien mustien reikien massasta. Keskimäärin nähtyjen painovoima-aaltojen signaalien suuruuden ja palautettujen etäisyyksien perusteella mustat aukot menettävät noin 5% kokonaismassastaan, joka muuttuu painovoima-aaltoenergiaksi sulautuessaan.

• GW170608, pienimpien massojen mustien reikien sulaminen, muutti 0,9 aurinkomassat energiaksi.
• GW150914, mustien reikien ensimmäinen säteily, muutti 3,1 aurinkomassat energiaksi.
• GW170729, massiivisin mustan aukon fuusio, on muuttanut 4,8 aurinkomassan energiaksi.

Nämä aaltoilutapahtumatavaruus-aika ovat energisimpiä tapahtumia, joita tunnetaan Ison räjähdyksen jälkeen. Ne tuottavat enemmän energiaa kuin mikään neutronitähteiden, gammasätepurskeiden tai supernoovien fuusio.

# 5 Pienempiä - tulossa pian

Kaikella, mitä olemme tähän mennessä nähneetVoimme olettaa, että näemme mustien reikien yhdistymisen pienemmällä massalla ja korkeammalla taajuudella. Massiivisimmat mustan aukon fuusiot tuottavat signaaleja, joilla on suurin amplitudi, joten ne on helpointa havaita. Mutta ottaen huomioon, kuinka suuri tilavuus ja etäisyys ovat suhteessa toisiinsa, kaksinkertainen etäisyys tarkoittaa kahdeksan kertaa enemmän tilavuutta. Mitä herkemmäksi LIGO tulee, sitä helpompaa on havaita massiivisia esineitä suurilla etäisyyksillä kuin lähellä olevia pienmassoisia esineitä.

Tiedämme, että kohdissa 7, 10, 15 on mustia reikiätai 20 aurinkomassaa, mutta LIGO on helpompi havaita massiivisempi musta reikä poispäin. Odotamme, että on olemassa kaksinkertaiset mustat aukot, joiden massa eroaa: yksi niistä on paljon massiivisempi kuin toinen. Kun herkkyytemme paranee, odotamme niiden olevan enemmän, mutta helpoin on löytää massiivisimmat. Odotamme, että massiivisin niistä hallitsee ensimmäisiä löytöjä, samoin kuin ”kuumat Jupitit” hallitsivat ensimmäisiä eksoplaneettojen hakuja. Kun parannamme hakua, löydämme enemmän mustia reikiä, joilla on vähemmän massaa.

Kun löytö ilmoitettiin ensimmäisenägravitaatioaalto, tämän lisäksi syntyi gravitaatioaallon tähtitiede. Ihmiset vertasivat tätä tapahtumaa siihen, kun Galileo lähetti ensimmäisen kaukoputkensa taivaaseen, mutta todellisuudessa se on paljon enemmän. Oli kuin pilviä peittäisimme taivaalla, ja kehitimme ensin laitteen, jonka avulla voimme nähdä niiden läpi riittävän kirkkaan painovoiman lähteen: mustien reikien tai neutronitähteiden sulamisen. Painovoima-astronomian tulevaisuus lupaa mullistaa ymmärryksemme maailmankaikkeudesta, näyttää sen uudessa valossa. Ja tämä tulevaisuus on jo saapunut.

Oletko valmis hyötymään sen eduista? Kerro meidän keskustele viestissä.