Oamenii de știință au folosit un detector de valuri gravitaționale pentru a „auzi” doi găuri negre Devenind mai mari pe măsură ce s -au contopit într -o singură entitate gigantică.
Detectarea, făcută de Interferometru cu laser Observator de unde gravitaționale (Ligo) Pe 14 ianuarie, oferă cele mai bune dovezi pentru o teorie prezentată de faimosul fizician Stephen Hawking în urmă cu mai bine de jumătate de secol, dar care nu a fost niciodată dovedit în viața sa.
Un studiu bazat pe cercetare a fost publicat Miercuri (10 septembrie) în revista Physical Review Letters și a fost condus de Adrian G. Abacstudent la doctorat la Institutul Max Planck pentru fizică gravitațională din Potsdam, Germania.
Cosmosul care se ridică
Ligo detectează undele gravitaționale-ondulări în țesătura de spațiu-timp eliberată în timpul celor mai extreme evenimente din cosmos, cum ar fi coliziuni de găuri negre sau stele de neutroni (rămășițele stelelor uriașe). Sale Prima detectare directă a undelor gravitaționalerealizat aproape exact 10 ani în urmă pe 14 septembrie 2015, a confirmat predicțiile lui Albert Einstein cu privire la relativitatea generală de către observând două găuri negre care se îmbină.
Acum, cu un deceniu de experiență sub centurile lor, colaboratorii Ligo au adus multe îmbunătățiri ale detectorilor – astfel încât fuziunile cu găuri negre sunt acum observate aproximativ o dată la trei zile în loc de o dată pe lună, potrivit unui declaraţie de la Caltech, care operează în comun Ligo împreună cu MIT.
În timpul evenimentului detectat pe 14 ianuarie, Ligo a fost martor la doi găuri negre Fuziune, cu gaura neagră rezultată măsurând semnificativ mai mare decât cele două obiecte care intră în coliziune.
Înainte de fuziune, suprafața combinată a celor două găuri negre era de aproximativ 93.700 de mile pătrate (243.000 kilometri pătrați) – aproximativ dimensiunea Oregonului. După fuziune, în schimb, noua gaură neagră formată și unică a avut o suprafață de aproximativ 154.500 de mile (400.000 km pătrate) – aproximativ dimensiunea Californiei. Cu alte cuvinte, gaura neagră nou fuzionată era mai mare decât suma părților sale.
Detectarea găurii negre în creștere confirmă o predicție pe care Hawking a prezentat -o în 1971: că „Orizont de evenimente – Limita exterioară „a unei gauri negre dincolo de care nimic nu poate scăpa – nu poate scădea niciodată ca mărime, au spus cercetătorii de la Universitatea Columbia, care face parte din colaborarea Ligo, într -un separat declaraţie.
„Chiar dacă este o afirmație foarte simplă”, zonele pot crește doar, „are implicații imense”, co-autor de studiu Maximiliano ISIprofesor asistent la Universitatea Columbia și un om de știință asociat de cercetare la Institutul Flatiron a declarat într -un declaraţie de la American Physical Society (APS). Teorema lui Hawking este cunoscută ca a doua lege a mecanicii găurilor negre și este similară cu a doua lege a termodinamicii, care afirmă că entropia (tulburarea) poate crește doar în timp.
Această teorie are acum oameni de știință care tratează găurile negre ca „obiecte termodinamice”, AP -urile au continuat în afirmație, „o schimbare de paradigmă cimentată de descoperirea lui Hawking că au entropie și emit radiații din cauza efectelor cuantice în apropierea orizontului evenimentului”.
„Ne spune că relativitate generală știe ceva despre natura cuantică a acestor obiecte și că informațiile, sau entropia, conținute într -o gaură neagră sunt proporționale cu zona sa ”, a adăugat ISI.
„Sună” ca un clopot
Nu este prima dată când Ligo a pus la încercare teoria lui Hawking; o observație din 2021 tentativă i -a confirmat predicția. Cu toate acestea, noile rezultate „confirmă acest rezultat anterior cu o precizie mult mai mare”, au adăugat oficialii Columbia.
Studiul a obținut această precizie prin examinarea pasului și a duratei undelor gravitaționale emise pe măsură ce găurile negre s -au contopit. Cercetătorii pot face inferențe despre găurile negre prin valurile lor, deoarece dimensiunea și forma unei găuri negre influențează aceste unde, în același mod în care dimensiunea și forma unui instrument muzical afectează sunetul pe care îl face.
Evenimentul recent detectat, cunoscut sub numele de GW250114, a produs un „sunet” în spațiu-timp, în timp ce noua gaură neagră s-a liniștit după fuziune.
“Ringdown-ul este ceea ce se întâmplă atunci când o gaură neagră este perturbată, la fel cum sună un clopot atunci când îl lovești”, coautor de studiu Katerina Chatziioannoua declarat un profesor asistent de fizică la Caltech, în declarația APS.
„Ringdown” le -a permis cercetătorilor să confirme că gaura neagră rămasă avea o suprafață mai mare decât cele două găuri negre care au combinat -o pentru a o forma.
Rezultatele dovedesc, de asemenea, o altă teorie descrisă de matematicianul Roy Kerr în urmă cu aproximativ șase decenii. Numită metrica Kerr, teoria descrie modul în care ecuațiile de câmp ale lui Einstein pentru relativitatea generală funcționează într -o gaură neagră rotativă. Cu alte cuvinte, „două găuri negre cu aceeași masă și rotire sunt identice din punct de vedere matematic”, a spus ISI. „Este foarte unic pentru găurile negre”.
În prezent, Ligo include doi detectori-unul în Hanford, Washington și unul în Livingston, Louisiana-și interferometrele gemene lucrează în mod obișnuit cu Fecioara Europei și cu interferometrele de detectare a undelor gravitaționale Kamioka din Japonia, ca parte a colaborării Ligo-Virgo-Kagra (LVK).
Pe măsură ce cercetătorii continuă să regleze detectoarele gemene ale lui Ligo, este planificat cel puțin un alt detector. Când Ligo-India Vine online în 2030 sau cam așa ceva„ar îmbunătăți foarte mult precizia cu care rețeaua LVK poate localiza surse de unde gravitaționale”, au remarcat reprezentanții Caltech. Mai mulți detectori ar putea veni mai târziu, în timp ce echipa încearcă să „audă cele mai vechi fuziuni ale găurilor negre din univers”, a adăugat declarația.
Cosmic Explorer, un concept pentru un interferometru mai mare în SUA, ar avea detectoare cu „brațe” de 10 ori mai mult decât lungimea observatoarelor ligo actuale (fiecare dintre acestea este 2,5 mile (4 km) lungimepentru a conține lasere în tuburi de vid din oțel). Europa are, de asemenea, un proiect propus numit Telescopul Einstein, care ar avea unul sau doi detectori subterane cu arme mai mult de 6 mile (10 km) lungime.