Astronomiya

Birləşən kütləvi ikili qara dəlik birdən çox cazibə dalğası 'buraxır'?

Birləşən kütləvi ikili qara dəlik birdən çox cazibə dalğası 'buraxır'?

Hubble sabitini təyin etmək üçün cazibə dalğalarından (GW) istifadə etmək istəyiriksə, elektromaqnit spektrindəki mənbəyi tapmaq lazımdır. Bununla birlikdə, eyni vaxtda EMS və GW-də 'görmək' üçün şanslı olmalıyıq. Bu bir problemdir, ancaq BBH birdən çox GW 'buraxmaz'? Məs. hər dəfə fırlandıqda? Çünki onu EMS-də tapmaq üçün vaxtımız olduğundan daha çox? Nə qədər çətinləşdirir? Əvvəlcədən təşəkkürlər!


Cazibə dalğasının aşkarlanmasının müddəti yox elektromaqnit həmkarlarının aşkarlanmasında xüsusilə vacibdir, baxmayaraq ki, təkrarlanan və ya təkrarlanan mənbələr olmamalarıdır.

İkili sistemlər birləşdikləri zamana qədər davamlı olaraq cazibə dalğaları yayırlar, əksəriyyəti orbital tezlikdən iki dəfə çoxdur. Eyni zamanda, sistemi birləşməyə sürükləyən cazibə dalğalarında yayılan güc də orbital tezliklə dramatik şəkildə artır.

Bu o deməkdir ki, ikili sistem birləşməyə doğru spiral çəkdikdə siqnalın tezliyi yüksəlir və siqnalın gücü yüksəlir - "cırıltı" kimi tanınır. Bu, tək tərəfli bir prosesdir; ikili birləşmə bitdikdən sonra cazibə dalğa emissiyası əsas etibarilə dayanır.

Qravitasiya dalğa detektorları tezliyi cihazın həssas aralığına (təxminən 20 Hz - 2 kHz) daxil olduqda birləşmə ikili faylları aşkar edə bilər. cazibə dalğası aşkarlanacaq qədər "yüksəkdir". "Cırıltı" nın inkişaf sürəti artan kütlə ilə artır. Kütləvi bir qara dəlik ikili, bir saniyədən az müddətdə 20 Hz-dən 200 Hz-ə (birləşdikdə) tezlikləri tarayacaq. On saniyə ərzində 20 Hz-dən 1 kHz-ə qədər daha aşağı kütləli neytron ulduzu ikili aşkar edilə bilər.

Elektromaqnit həmkarının aşkarlanması eyni vaxtda olmalı deyil. Bəzi EM imzalarının saniyə vaxtı miqyaslarında istilənməsinə (məsələn, Gamma şüalarının partlaması) səbəb olmasına baxmayaraq, bir kilonovanın neytron ulduzlarının birləşməsindən inkişafı saatlarla, hətta günlərlə davam edir (Smartt və digərləri 2017). Qəsəbə disklərinə yerləşdirilmiş qara dəlikli ikili faylları birləşdirmək üçün mümkün olan EM tərəfdaşları ilə bağlı son işlər, hər hansı bir EM həmkarı ilə görüşmədən əvvəl onlarla gün gecikmənin ola biləcəyini düşünür (Graham və digərləri 2020).

Əsas, cazibə dalğa mənbəyinin aşkar edildiyi müddət deyil, onun istiqamətini və məsafəsini yaxşı müəyyənləşdirməkdir. və dolayısıyla EM teleskopları ilə axtarılacaq görünüş sahəsini (və yerin həcmini) daraltın. Bunu effektiv şəkildə həyata keçirmək üçün siqnalın birdən çox alət (məsələn, iki LIGO detektoru və VIRGO) tərəfindən aşkarlanması tələb olunur. Düzdür, buna baxmayaraq əgər bir cazibə dalğa mənbəyi təkrarlanır, daha yaxşı göydə yerləşə bilər.

EDİT: mmeentin maraqlı şərhinə müraciət etmək. GW siqnalının müddəti, mənbənin daha dəqiq yerləşməsini təmin edərsə bir amil olur. Bu, müşahidə zamanı interferometrin oriyentasiyası mənbə mövqeyinə nisbətən dəyişsə baş verəcəkdir. Mövcud yerüstü interferometrlər üçün bu, Yerin fırlanması ilə kosmosdakı detektor istiqamətini dəyişdirir, beləliklə GW müddəti bir saat və ya daha çox olmalıdır.

Dairəvi orbit götürsək, dövrlə ikili olaraq başlayaraq birləşmə hadisəsinin müddəti $ T_0 $, ümumi kütlə ilə $ M $ və azaldılmış kütlə $ mu $ tərəfindən verilir $$ tau = sol ( frac {5c ^ 5} {256 (4 pi) ^ {4/3} G ^ {5/3}} sağ) M ^ {- 2/3} (T_0 ^ {8/3} -T _ { rm min} ^ {8/3}) mu ^ {- 1}, $$ harada $ T _ { rm min} $ birləşmədən əvvəl ən qısa orbital dövrdür. Artırmanın yolu $ tau $ kiçik kütlələrə, uzun orbital dövrlərə və çox qeyri-bərabər kütlə nisbətinə sahib olmaqdır.

Digər tərəfdən, aşkar edilə bilmək üçün GW tezliyinin (orbital tezlikdən iki dəfə) olması lazımdır $20<> Hz, üst sərhəd qoyur $ T_0 = 0.1 $ s və aşağı həddi $ T _ { rm min} = 10 ^ {- 3} $ s (və ya birləşmə dövrü, daha uzun olanı). Fərz edək $ T_0 = 0.1 $ lər, $ mu = M / 4 $ (bərabər kütlə komponentləri) və $ tau> 3600 $ s, əldə etmək üçün yuxarıdakı tənliyi yenidən düzəldə bilərik $ M <0.43M _ { odot} $neytron ulduzlarını birləşdirmək üçün çox kiçikdir. Daha böyük almaq üçün $ M $ kütlə nisbətini dəyişə bilərik. Məsələn, əgər $ M = 1,5 M { odot} $ sonra kütlə nisbəti $ sim 30 $ tələb olunacaq. (yəni kütlənin neytron ulduzu $ sim 1.45M _ { odot} $ və kütlənin bir yoldaşı $ sim 0.05M _ { odot} $. (Daha tipik birləşən neytron ulduzları bir saatdan çox tələb olunan tezlik pəncərəsində müşahidə edilə bilməzdi).

Aşağı kütlə yoldaşının ola biləcəyi sualını bir kənara qoysaq, birləşmə ikili obyekt Hubble sabitini məhdudlaşdırmaq üçün istifadə edilə bilən bir EM həmkarı təmin edərsə, onda aşkarlanacaq qədər yaxın olmalıdır. $ f = 20 $ Hz. Yerdəki ikili gərginlik (optimal üzləşmə istiqaməti üçün) təqribəndir $$ h simeq left ( frac {4 (4 pi) ^ {1/3} G ^ {5/3}} {c ^ 4} right) mu M ^ {2/3} T ^ {-2/3} r ^ {- 1}, $$ harada $ r $ mənbəyə olan məsafəsidir.

Algılanabilmek üçün "xarakterik gərginlik" (bir çox orbital dövrdə bir siqnal yığmağı nəzərə alır) $ h_c sim sqrt {2 tau f} h $ təqribən daha böyük olmalıdır $10^{-22}$ LIGO tərəfindən aşkarlanması üçün. Quraşdırma $ mu sim M / 30 $, $ M = 1.5M _ { odot} $, $ f = 20 $ Hz, $ T = 0.1 $ lər, $ tau = 3600 $ s və $ h_c sim 10 ^ {- 22} $, sonra aşkar edilə bilər $ r <17 $ Mpc. Bu, Hubble sabitinin etibarlı bir zondu olaraq istifadə edilmək üçün çox yaxındır, çünki hər hansı bir ev sahibi qalaktikanın tənəzzül sürəti Hubble axınına görə özünəməxsus sürətin böyüklükləri ilə müqayisə edilə bilər.

(Qeyd: Yuxarıdakı hesablamada ədədi səhvlər üçün kifayət qədər yer var, buna görə çəkinməyin!)


Hal-hazırda cazibə radiasiyasını yalnız son dərəcə güclü olduqda aşkar edə bilərik: saniyənin son hissəsində. Məsələn, ilk cazibə dalğasının aşkarlanması 0,15 saniyədən az davam etdi. Qara dəliklər hər orbitdə qravitasiya radiasiyasını buraxır, amma bu radiasiya bizim aşkar edə bilməyəcəyimiz qədər zəifdir. Mövcud texnologiya ilə aşkarlanması üçün sərbəst buraxılan böyük bir enerji lazımdır. GW150914-ün ilham mənbəyi, birləşmədən əvvəl son 0.15 saniyədə, demək olar ki, hamısı 3 günəş enerjisi yaydı. Buna baxmayaraq, bu, yalnız bir protonun diametrinin 1/10000-dən az bir hissəsini təhrif etmişdir. Bunu bu qədər çətinləşdirən budur.


@ JamesK-in əla cavabına yalnız əlavə. Aşağıdakı şəkil (Yeni Sciencist yolu ilə Caltech / MIT-dən) bir toqquşma üçün nəyin aşkar edildiyini göstərir. Solda (başlanğıcda) qara deşiklər hər 0.03 saniyədə bir-birinin ətrafında fırlanır, lakin dalğa forması aşkar etmək üçün çox zəifdir. Vaxt oxunda təxminən 0,3 saniyədə dalğalar aşkar olunmağa başlayır və qara dəliklər növbəti 0,12 saniyəyə yaxınlaşdıqca möhkəmlikdəki artım və müddət azalır. Birləşmə təxminən 0.42-də baş verir və sonra qara dəlik son vəziyyətinə gəldikdə "ringdown" adlı qısa, sürətlə solan bir patten var. Bəli, birdən çox dalğa var (bu nümunədə təxminən 8 aşkar edilə bilən), lakin hamısı demək olar ki, eyni vaxtda gəlir.


Qara dəlik birləşmələri ikiqat səs-küy sala bilər və bu da bizə şəkilləri barədə ipucları verir

Oxucu şərhləri

Bu hekayəni paylaşın

Fiziklər, həm qabaqcıl qara dəliklərin kütləsi, həm də birləşmədən irəli gələn son, daha böyük qara dəliyin kütləsi kimi qiymətli məlumat toplaya bildikləri cazibə dalğalarının aşkarlanması yolu ilə qara dəlikləri və digər oxşar kosmik hadisələri birləşdirmək üçün ov edirlər. Artıq bir qrup elm adamı, Supercompüter simulyasiyalarından, Natural Journal Communications Physics jurnalında dərc olunan yeni bir məqaləyə görə, bu dalğaların qara dəliklərin son vəziyyətinə gəldikdə birləşmə şəklini də kodlaya biləcəyinə dair dəlil tapdı.

Ümumi nisbilik, iki birləşən qara dəliyin güclü cazibə dalğaları - uzay vaxtının toxumasında o qədər zəif bir dalğalar verə biləcəyini təxmin edir. Bu siqnalların dalğa formaları, bir-birinə doğru fırlanan və böyük bir toqquşma hadisəsində birləşən iki qara dəliyin səs barmaq izi olaraq xidmət edir və zaman boyu güclü şok dalğaları göndərir. Fiziklər, iki qara dəlik toqquşarkən məlumatlarda bir "cırıltı" nümunəsi axtarırlar. Yeni qalıq qara dəlik həmin zərbənin gücündən titrəyir və bir zəng çalınan səsə bənzədiyi üçün “zəng” kimi adlandırılan bu titrəmələr də cazibə dalğaları yaradır. Bundan əlavə, cazibə dalğa siqnalları, hər ton yeni qara dəliyin bir titrəmə tezliyinə uyğun gəldikdə, fərqli dərəcələrdə (çürümə) sönən, "tonlar" adlandırılan çoxsaylı tezliklərə malikdir.

LIGO, bu cazibə dalğalarını lazer interferometriyası vasitəsi ilə aşkarlayır, bir-birindən bir-birinə kilometr məsafədə yerləşən iki cisim arasındakı məsafədəki kiçik dəyişiklikləri ölçmək üçün yüksək güclü lazerlərdən istifadə edir. (LIGO-nun Hanford, Washington və Livingston, Louisiana'daki dedektorları var, İtaliyadakı üçüncü bir detektoru olan Advanced VIRGO, 2016-cı ildə internetə girdi.) 14 sentyabr 2015-ci il tarixində, saat 05: 51-də EDT, hər iki dedektor da milisaniyələr içində siqnal aldı. ilk dəfə bir-birindən.

Əlavə oxu

O vaxtdan bəri, LIGO yüksəldildi və 1 aprel 2019-cu il tarixində üçüncü qaçışına start verərək daha iki qaçış keçirdi. Bir ay ərzində əməkdaşlıq daha beş cazibə dalğası hadisəsi aşkar etdi: üçü qara dəliklərin birləşməsi, biri neytron ulduzunun birləşməsi və neytron ulduzu / qara dəlik birləşməsinin ilk nümunəsi ola biləcək başqa bir şey.

Bu yaxınlarda, 2020-ci ilin iyun ayında işbirliyi 21 May 2019-cu ildə ikili qara dəlik birləşməsinin aşkarlandığını elan etdi (təyin olunmuş S190521g). Və yalnız keçən ay LIGO / VIRGO əməkdaşlığı, başqa bir qara dəlik birləşməsindən bir cazibə dalğa siqnalı aşkarladığını elan etdi. Bu, iş birliyi tərəfindən hələ aşkarlanan ən kütləvi və ən uzaq birləşmə idi və indiyə qədər aşkar edilən ən enerjili siqnal istehsal etdi. Verilənlərdə adi "cingiltidən" daha çox "partlayış" kimi göründü. Aşkarlama eyni zamanda orta kütləli qara dəliyin ilk birbaşa müşahidəsini də qeyd etdi.


Niyə Qara Deliklər Üçün 75 yox, 28 + 47 = 72, 75 deyil

28 və 47-ni necə birləşdirirsiniz? Bu sadə riyaziyyat sualı, insanların başlarındakı rəqəmləri konseptləşdirməsinin müxtəlif yollarını vurğulamağımıza kömək edir. Bəzilərimiz 28 və 47-ni 20 + 8 və 40 + 7-ə bölür və oradan gedirik. Ekvivalent olaraq, onları 30-2 və 50-3 olaraq görə və sonra bu nəticələri birləşdirə bilərsiniz. Başqa bir yanaşma, onları bir çox mümkün və bərabər yanaşmalarla birlikdə 25 + 3 və 50-3-ə bölməkdir. Metodlarınız sağlam olduğu və 28 + 47 = 75 düzgün cavabını aldığınız müddətdə bunu etmək üçün həqiqətən səhv bir yol yoxdur.

Ancaq cazibə qanununa tabe olan bəzi fiziki cisimlər üçün əlavə etmək həmişə o qədər də sadə deyil. 28 günəş kütləsi qara dəliyi ilə 47 günəş kütləsi qara dəliyini birləşdirsəniz, sonunda bağladığınız qara dəlik 75 deyil, 72 günəş kütləsi olardı. Əslində, birləşdiyiniz hər iki qara dəlik üçün , başladığınızdan daha az kütlə ilə sarılırsınız. Bu, riyaziyyatdakı bir qüsurla əlaqəli deyil, əksinə cazibə qüvvəsinin necə işlədiyinə dair xüsusi bir şeydir. Qara deliklərin birləşməsinin həmişə kütləsini itirməsinin səbəbi budur.

Həyatımızda öyrəndiyimiz ilk elmi qaydalardan biri də enerjinin qorunmasıdır. Enerjinin əsla yaradıla və ya məhv edilə bilməyəcəyini, ancaq yalnız bir formadan digərinə çevrildiyini söyləyir. Ağır bir bloku qaldırsanız, cazibə qüvvəsinə qarşı iş aparmalısınız (enerjinin bir növü): enerjini bloka daxil etməlisiniz. Nəticədə blok cazibə potensialı enerjisi qazanır. Bloku atdığınız zaman, potensial enerji kinetik enerjiyə çevrilir və dərhal blok zəminə dəyir, o enerji müxtəlif formalara çevrilir: istilik, deformasiya və sonik enerji və digərləri.

Buna görə iki kütlə ilə başladığınızda, müəyyən bir ümumi enerji miqdarı da olmalıdır: Einşteynin ən məşhur tənliyi ilə verilən kütləli hər şeyə xas olan enerji, E = mc². Əlbəttə ki, başqa enerji formaları da var və bunlardan üçünü gözardı etmək olmaz. Bunlardan ikisi üçüncüsündən daha açıqdır, amma qorunması lazım olan hər şeyin əslində olduğundan əmin olmaq üçün enerjinin bütün müvafiq formalarını nəzərdən keçirməliyik.

İstirahət kütlə enerjisindən əlavə, nəzərə almalı olduğumuz üç növ enerji bunlardır.

1.) Bu iki kütlənin bir-birindən nə qədər uzaq olması ilə təyin olunan cazibə potensial enerjisi var. Bir-birindən sonsuz bir məsafədə olan kütlələr sıfır cazibə potensial enerjisinə sahibdirlər, bir-birlərinə yaxınlaşdıqları zaman, daha çox "deformasiya olunmuş" fəza vaxtı olacaq və bu səbəbdən böyük və mənfi bir cazibə potensialı enerjisi əldə edəcəyik.

2.) Bu iki kütlənin bir-birinə nisbi hərəkəti ilə təyin olunan kinetik enerji var. Nə qədər sürətli hərəkət edirsinizsə, kinetik enerjiniz də bir o qədər çox olur. Kinetik və potensial enerjinin birləşməsi “düşən” cisimlərin sürətlənməsini izah edir: cazibə potensial enerjiniz getdikcə mənfi olduqda, daha böyük və daha böyük müsbət kinetik enerjilərə çevrilir.

3.) Qravitasiya dalğalarındakı enerji, enerjini sistemdən uzaqlaşdıran cazibə şüalanmasının bir forması var.

İstirahət kütlə enerjisi, cazibə potensialı enerjisi və kinetik enerji, hamısı Nyuton mexanikası və cazibə ilə mükəmməl işləyən anlayışlar olsa da, cazibə şüalanması fikri Einşteynin Ümumi Nisbilikində yenidir. Bir kütlə, əsas uzay əyriliyinin dəyişdiyi və ya boşluq əyrisi sabit qalsa da kütlənin sürətləndiyi (istiqamət dəyişən) bir fəza bölgəsi boyunca hərəkət etdikdə, qarşılıqlı təsir müəyyən bir şüalanmanın yayılmasına səbəb olur: cazibə dalğaları.

Hər hansı digər kütlənin ətrafında dövrə vuran hər hansı bir kütlə onu yayacaq, daha kiçik kütlə isə ən böyük təsirləri yaşayır. Məsələn, Yerin Günəşin ətrafında sabit bir orbitdə olduğunu düşünürük, amma bu texniki cəhətdən o qədər də doğru deyil. Əgər Günəş öz xüsusiyyətlərini sabit saxlasaydı - kütlədə heç bir dəyişiklik olmaz - Yer əbədi olaraq eliptik bir orbitdə qalmazdı. Əksinə, planetlər yavaş-yavaş enerjini yayacaq, orbitləri çürüyəcək və nəticədə Günəşə dönəcəkdir. Torpağı bir az ala bilər

Bu taleyə tab gətirmək üçün 10²⁶ il, gözəgörünməz bir müddətdir, ancaq cazibə şüalanması gerçək olarsa, bu çürümə meydana gələcək.

Qravitasiya dalğalarının təsirlərinin daha qabarıq olduğu bir çox astrofizik ssenari mövcuddur. Ümumiyyətlə, yalnız Ümumi Nisbilikdə (və Nyuton cazibəsində deyil) mövcud olan hər hansı bir təsir ən güclü olacaqdır:

Məkan əyriliyinin çox əhəmiyyətli olduğu kiçik məsafələrdə böyük kütlələrimiz harada var? Nəhəng, yığcam cisimlərin yaxınlığında: ağ cırtdanlar, neytron ulduzları və qara dəliklər. Bunların hamısından qara dəliklər ən böyük kütlələrə, ən kiçik həcmlərə sahibdir, ən yaxın məsafələrdəki yanaşmalar ola bilər və ən böyük miqyaslı əyrilik nümayiş etdirirlər.

Ancaq qara dəliklərin aşkarlanması və müşahidə edilməsi son dərəcə çətindir, halbuki bir çox neytron ulduzunun bir xəbər imzası var: çox nizamlı olaraq nəbz edirlər. Bir impuls neytron ulduzu başqa bir neytron ulduzu və ya qara dəlik kimi başqa bir böyük kütlənin ətrafında dövrə vurduqda, bu impulsların necə davrandığını ölçməyə başlaya bilərik və cazibədar bir şey ortaya qoyur.

Əgər neytron ulduzu mükəmməl sabit bir orbitdə olsaydı və proqnozlaşdırılan cazibə dalğalarının yayılması səbəbindən heç bir şəkildə çürüməsəydi, alacağımız impulsların düzümü zamanla sabit olardı. Yörüngə çürüyürsə, nəbz modelinin inkişaf etdiyini və xüsusən də orbitin sürətlənməyə başladığını görərdik. (Enerjinizi itirdiyiniz zaman digər kütlələrə yaxınlaşırsınız və bu daha sıx, daha sürətli orbitlər deməkdir.)

1960-cı illərdən bəri ikili pulsarlar haqqında məlumatımız var: başqa bir neytron ulduzunun ətrafında dövr edən pulsarlar. Sistemindəki yeganə kütlə olan "tək" pulsarlar və ya pulsarlar haqqında da məlumatımız var. Bu obyektlərin uzunmüddətli müşahidələri ilə nə tapırıq? Bu tək pulsarların çox ardıcıl bir nəbz naxışına sahib olması və bu naxış zamanla inkişaf etmir. Ancaq ikili pulsarlar üçün yalnız müşahidə etdiyimiz nəbzlərdə dəyişən bir naxışın şahidi olmuruq, həm də bu nişan cazibə dalğalarının emissiyasından Ümumi Nisbətin proqnozlaşdırdığı şəkildə tam olaraq dəyişir.

Neytron ulduzları həm kütləvi, həm də inanılmaz dərəcədə yığcam ola bilər - 2 günəş kütləsindən bir az çox olan və yalnız ölçülü kütlələrə çatan

10 ilə 20 kilometr arasında - qara dəliklər daha həddindən artıqdır. Onların kütlələri bir üfüqün arxasında gizlənmiş, təkcə kütlə və bucaq momentumunun üfüqün ölçüsünü və formasını təyin etdiyi təklik dərəcəsinə qədər sıxılır: hər hansı bir şeyin nəzəri cəhətdən qaça biləcəyi və çıxa bilməyəcəyi arasındakı sərhəd.

Qara dəlik digərinin ətrafında dövr etdikdə, ikili qara dəlik sistemi olaraq bilinən hər bir kütlə, digərindən əyri uzay vaxtının təsirlərini yaşayır. Qarşılıqlı olaraq bir-birinin ətrafında dövr etdikləri zaman kütlə və əyri fəza vaxtı qarşılıqlı təsir göstərir və radiasiya yayılmasına səbəb olur. (Bənzər bir təsir, dəyişən bir elektromaqnit sahə ilə hərəkət edən / sürətlənən yüklü bir hissəciyin şüalanma yaydığı elektromaqnetizmdə olur.) Kütlələrin böyüklüyü, kütlələrin ayrılması və bu əyri fəza boyunca hərəkət edən kütlələrin sürəti amplitüdü təyin edir. , cazibə şüalanması ilə yayılan enerji və tezlik.

Təəccüblü ola bilən odur ki, yayılan enerjinin böyük əksəriyyəti - 90% və ya daha çox şey - bu kütlələrin yalnız bir-birinin ətrafındakı son iki və ya üç dövrü boyunca, həm də birləşmə anında baş verir. Uzun, kosmik bir rəqsin sonunda bu enerji zirvəsi olmasaydı, birincisi də daxil olmaqla, gördüyümüz cazibə dalğası hadisələrinin çoxunu darıxardıq.

Bir çox halda, bizə səs-küyün üstündə yüksələn bir cazibə dalğa siqnalının etibarlı imzasını təqdim edən bu son milisaniyələrin sivri. (Qalan siqnal da tez-tez alınır.) Bir çox cəhətdən gördüyümüz cazibə dalğa hadisələri, Böyük Partlayışdan bəri meydana gələn ən enerjili hadisələrdir. Məsələn, bir neçə ov günəş kütləsinin cazibə dalğa enerjisinə çevrilə biləcəyi son bir neçə milisaniyədə, tək bir qara dəlik-qara dəlik birləşməsi Kainatdakı bütün ulduzların birləşməsindən daha çox enerji çıxara bilər.

Bunun əyləncəli tərəflərindən biri də “birləşdirilən hər iki qara dəlik üçün nə qədər kütlə enerjiyə çevrilir?” Sualını cavablandırmaq üçün istifadə edə biləcəyiniz sadə bir təxminin olmasıdır.

Təxmini? Yalnız iki birləşən qara dəlik kütlələrindən daha kiçikini götürün, 0,1-ə vurun və təqribən enerjiyə çevrilən kütlə budur. Düzdü: Kiçik kütləli qara dəliyin% 10-u.

Oyunda hər cür mürəkkəb effekt var və bir çoxunun sahib olduğu qara dəliyə böyük bir fırlanma komponenti hekayəni bir qədər dəyişə bilər. Lakin kütlənin təsirləri ümumiyyətlə spin / bucaq impulsu üzərində dominantdır və kütlə nisbətlərinin pozulması təsirləri ümumiyyətlə azdır. Əslində fizik Vijay Varma gedib bu yaxınlaşmanı müxtəlif kütlə nisbətləri üçün sınayan bir qrafiq qurdu və gördüyünüz kimi “kiçik kütlənin 10% -i” iki olduqda kütlənin enerjiyə nə qədər çevriləcəyi üçün əla bir təxmindir. qara dəliklər birləşir.

Əgər iki qara dəliyin birləşdiyinə və onların ilk kütlələrini bilsən, bu kütlələrin nə qədərinin birləşmə sonrası son bir qara dəliyə çevriləcəyini və nə qədərinin cazibə dalğaları şəklində yayılacağını təxmin edə bilərsiniz. Yalnız daha kiçik kütləli qara dəliyi götürün, bu kütlənin 10% -ni götürün, qalanı isə digər qara dəliklə birləşərək sonuncunu açın. Bu vaxt, "daha kiçik kütləli qara dəliyin% 10-u" Kainatı hər tərəfə gəzəcək cazibə dalğalarına çevrilir.

Beləliklə, 46 və 40 günəş kütləsi olan qara dəlikləriniz varsa, son qara dəliyiniz 82 günəş kütləsi olacaq və 4 günəş kütləsi uzaqlaşacaq.

53 və 10 günəş kütləsi olsalar, son qara dəliyiniz 62 günəş kütləsi olacaq və 1 günəş kütləsi uzaqlaşacaq.

47 və 28 günəş kütləsi olduqda, son qara dəliyiniz 72,2 günəş kütləsi olacaq və 2,8 günəş kütləsi uzaqlaşdı.

Məkan əyri olduğu və kütləniz olduğu müddətdə, cazibə şüası çıxarmadan bu yerdən keçə bilməzsiniz. Ən ağır vəziyyətlərdə, əlavə etmək üsulunuzu da təsir edir. Qravitasiya dalğalarının ilk proqnozundan ilk birbaşa ölçülməsinə qədər 100 il çəkdi və bu nailiyyət heç vaxt daha möhtəşəm görünmədi. Müşahidələrimiz yaxşılaşdıqca, bu sadə yaxınlaşmanın üstünə qoyulmuş daha incə effektləri bağlaya biləcəyik. Ancaq hələlik hamının edə biləcəyi qara dəlik riyaziyyatının sadəliyindən zövq alın!


Birləşən kütləvi ikili qara dəlik birdən çox cazibə dalğası 'buraxır'? - Astronomiya

COVID-19, tədqiqatların gedişatını pozaraq dünyadakı bir çox təşkilat və təşkilatı təsir altına aldı. Bu çətin vaxtda APS və Fiziki icmal redaksiya bütün redaksiya və peer-icmal funksiyalarını həyata keçirməyə və jurnallarda araşdırma dərc etməyə davam etməklə, jurnal girişinə maneəni minimuma endirməklə tədqiqatçılara dəstək olmaq üçün tam təchiz olunmuş və fəal şəkildə çalışır.

Elmin inkişafına kömək etmək və dünyanın ən yaxşı fizika jurnallarını nəşr etdirməyimizə imkan vermək üçün davamlı səylərinizi və öhdəliklərinizi qiymətləndiririk. Ümid edirik ki, sizin və yaxınlarınız təhlükəsiz və sağlam qalırsınız.

Bir çox tədqiqatçı indi öz qurumlarından kənarda işləyir və bu səbəbdən Fiziki İnceleme jurnallarına daxil olmaqda çətinlik çəkə bilər. Bunu həll etmək üçün bir neçə fərqli mexanizm vasitəsilə girişi yaxşılaşdırdıq. Kampusdan kənar girişə baxın Fiziki icmal əlavə təlimatlar üçün.


Ən ağır qara dəlik birləşməsi son üç cazibə dalğa kəşfi arasındadır

İçəriyə fırlanan və birləşən, cazibə dalğaları yayan iki qara dəliyin ədədi simulyasiyası. Süni çəkilən cazibə dalğa siqnalı, LIGO və Qız cazibə dalğa detektorları tərəfindən 21 May 2019 (GW190521) tərəfindən edilən müşahidəyə uyğundur. Kredit: N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Qravitasiya Fizikası İnstitutu), eXtreme Spacetimes (SXS) İşbirliyini Simulyasiya.

Elm adamları, daha adi bir dəliklə dolaşan toplu bir qara dəlik kimi görünənləri müşahidə etdilər. Merilend Universitetinin fiziklərinin də daxil olduğu araşdırma qrupu iki qara dəliyin birləşdiyini təsbit etdi, lakin qara dəliklərdən biri, qara dəlik toqquşmasında müşahidə olunanlardan 1/2 qat daha çox idi. Tədqiqatçılar, cütlükdəki daha ağır qara dəliyin iki qara dəlik arasındakı əvvəlki birləşmənin nəticəsi ola biləcəyini düşünürlər. Qara dəliklərin bu növ iyerarxik birləşməsi əvvəllər fərziyyə edilmişdir, lakin GW190521 etiketli müşahidə olunan hadisə ilk dəlil olacaqdır bu cür fəaliyyət üçün. Lazer İnterferometr Qravitasiya-Dalğa Rəsədxanası (LIGO) Elmi Əməkdaşlıq (Qızıl İşləmə) və Qız İşbirliyi, 2 sentyabr 2020-ci ildə dərc olunmuş iki sənəddə kəşf etdiyini elan etdi. Fiziki Baxış MəktublarıAstrofizik Jurnal Məktubları.

Alimlər birləşmənin son anlarında yaranan cazibə dalğalarını - məkan-zaman parçasındakı dalğaları aşkar edərək birləşən qara delikləri müəyyən etdilər. GW190521-dən gələn cazibə dalğaları 21 May 2019-cu il tarixində Luiziana, Livingston və Hanford, Washingtonda yerləşən əkiz LIGO dedektorları və Pisa, İtaliya yaxınlığında yerləşən Qız baş dedektoru tərəfindən aşkar edildi.

"Cütlükdəki daha böyük qara dəliyin kütləsi onu müntəzəm astrofizika proseslərindən gözlənilməz olduğu yerə qoyur" dedi UMD-nin fizika professoru, LSC-nin əsas tədqiqatçısı və LSC müşahidə elmi koordinatoru Peter Shawhan. "Çökmüş bir ulduzdan meydana gəlməyimiz çox böyük görünür. Qara dəliklərin ümumiyyətlə gəldiyi yerdir."

Birləşən cütlükdəki daha böyük qara dəliyin kütləsi günəşdən 85 dəfə çoxdur. Yeni sənədlərin təklif etdiyi bir ssenari budur ki, daha böyük obyekt bir çökən ulduzun deyil, əvvəlki qara dəlik birləşməsinin nəticəsi ola bilər. Mövcud anlayışa görə, kütlələri günəşdən 65 ilə 135 qat daha çox olan qara dəliklər doğura bilən ulduzlar öldükdə çökmür. Buna görə də onların qara dəlik yaratmalarını gözləmirik.

"Başdan bəri, saniyənin yalnız onda birinə bərabər olan bu siqnal, mənşəyini müəyyənləşdirməkdə bizə meydan oxudu" dedi UMD-də bir Kollec Parkı professoru və eyni zamanda bir direktor vəzifəsinə təyin olunmuş bir LSC-nin əsas müstəntiqi Alessandra Buonanno. Almaniyanın Potsdam şəhərindəki Maks Plank Qravitasiya Fizikası İnstitutu. "Ancaq qısa müddətə rəğmən, siqnalı Einşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsi ilə proqnozlaşdırıldığı kimi qara dəlik birləşmələri gözlənilənlə uyğunlaşdıra bildik və ilk dəfə bir orta maddənin doğulmasına şahid olduğumuzu başa düşdük. -Qara dəlikli bir valideyndən böyük bir ehtimal ki, daha erkən ikili birləşmədən doğmuşdur. "

İçəriyə fırlanan və birləşən, cazibə dalğaları yayan iki qara dəliyin ədədi simulyasiyası. Süni çəkilən cazibə dalğa siqnalı, LIGO və Qız cazibə dalğa detektorları tərəfindən 21 May 2019 (GW190521) tərəfindən edilən müşahidəyə uyğundur. Kredit: Müəlliflik hüququ © N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Qravitasiya Fizikası İnstitutu), eXtreme Spacetimes (SXS) İşbirliyini Simulyasiya.

GW190521, qara dəliklərin mövcud anlayışına meydan oxuyan və elm adamlarına Eynşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsini yeni yollarla sınamağa imkan verən üç cazibə dalğa kəşfindən biridir. Digər iki hadisə, əvvəllər müşahidə edilən ən kiçik qara dəlik və ya ən böyük neytron ulduzu ola bilən açıq şəkildə bərabər olmayan kütlələrə sahib iki qara dəliyin ilk birləşməsini və bir qara dəlik ilə bir sirr cismi arasında birləşməni əhatə etdi. Sonuncunu izah edən bir araşdırma sənədi nəşr olundu Astrofizik Jurnal Məktubları 23 İyun 2000-də, köhnə hadisə haqqında bir qəzet yaxın zamanda nəşr ediləcək Fiziki baxış D.

UMD və NASA-nın Goddard Space Uçuş Mərkəzi ilə ortaq olan Birgə Kosmik-Elm İnstitutunun əməkdaşı olan Şawhan, "Hər üç hadisə əvvəllər görmədiyimiz kütlələr və ya kütlə nisbətləri ilə romandır" dedi. "Beləliklə, ümumiyyətlə qara dəliklər haqqında daha çox şey öyrənirik, həm də bu yeni xüsusiyyətlər sayəsində, əvvəllər görmədiyimiz bu kompakt cisimlərin ətrafında cazibə qüvvəsinin təsirlərini görə bilərik. Bu nəzəriyyəni sınamaq üçün bir fürsət verir yeni nisbətlərdə ümumi nisbilik. "

Məsələn, ümumi nisbilik nəzəriyyəsi, açıq şəkildə bərabər olmayan kütlələrə sahib ikili sistemlərin daha yüksək harmoniklərə sahib cazibə dalğaları meydana gətirəcəyini və elm adamlarının ilk dəfə müşahidə edə bildikləri şeyin məhz budur.

LSC qrupu ilə harmonikləri müşahidə etmək üçün dalğa formalı modellər inkişaf etdirən Buonanno, "Daha yüksək harmonik dedikdə dediklərimiz eyni aləti çalan musiqiçilərlə bir musiqi duetinin fərqli alətlərə qarşı səs fərqi kimidir" dedi. "İkili çox alt quruluşa və mürəkkəbliyə sahibdir - məsələn, qara dəliklərin kütlələri və ya spinləri fərqlidir - yayılan radiasiyanın spektri o qədər zəngindir."

Bu üç qara dəlik birləşməsinə və əvvəllər bildirilən ikili neytron ulduz birləşməsinə əlavə olaraq, 2019-cu ilin aprelindən 2020-ci ilin martına qədər aparılan müşahidələr 52 digər potensial cazibə dalğa hadisəsini müəyyənləşdirdi. Tədbirlər, LIGO və Qız iş birliyi üzvləri tərəfindən əvvəlcə Şawhanın rəhbərlik etdiyi bir proqramda hazırlanmış bir ictimai xəbərdarlıq sisteminə göndərildi, beləliklə digər elm adamları və maraqlı ictimaiyyətin cazibə dalğa siqnallarını qiymətləndirə bilməsi üçün.

"Qravitasiya dalğası hadisələri mütəmadi olaraq aşkarlanır," dedi Shawhan, "bunlardan bəziləri astrofizika haqqında öyrənə biləcəyimiz şeyləri genişləndirən əlamətdar xüsusiyyətlərə sahibdir."

"150 Günəş Kütləli İkili Qara Delik Birləşməsinin GW190521-in xüsusiyyətləri və astrofizik təsirləri" adlı tədqiqat işi dərc edildi. Astrofizik Jurnal Məktubları 2 sentyabr 2020-ci il tarixində: DOI: 10.3847 / 2041-8213 / aba493

Tədqiqat işi "GW190814: 2.6 Günəş Kütləvi Yığıncaqlı 23 Günəşli Kütləvi Qara Delik Koalensansından Qravitasiya Dalğaları" adlı kitab nəşr olundu Astrofizik Jurnal Məktubları 23 iyun 2020-ci ildə.


LIGO, üçüncü dəfə qara dəliklərin birləşdiyini təsbit etdi

MIT Xəbərlər ofisinin veb saytında yükləmək üçün şəkillər Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives lisenziyası əsasında qeyri-kommersiya qurumları, mətbuat və geniş ictimaiyyətə təqdim olunur. Təqdim olunan şəkilləri ölçüsünə görə kəsmək xaricində dəyişdirə bilməzsiniz. Şəkillər aşağıda göstərilmədiyi təqdirdə görüntülər çoxaldılarkən kredit xəttindən istifadə edilməli, şəkillər "MIT" -ə yazılmalıdır.

Əvvəlki şəkil Növbəti şəkil

Bir cüt nəhəng, ulduz kütləsindəki qara dəliklərin toqquşması, Yer üzündə bir kosmik mikrofon vasitəsilə təxminən 3 milyard işıq ili uzaqlıqda özünü eşitdirdi.

4 yanvarda Lazer İnterferometri Qravitasiya-dalğa Rəsədxanası (LIGO), elm adamlarının cəld bir cazibə dalğası olduğunu müəyyənləşdirdikləri az hiss olunan bir siqnal aldı - yerin əyriliyindən keçən bir enerji dalğası. Tədbir, bu gün nəşr olundu Fiziki Baxış Məktubları, bir cazibə dalğasının üçüncü birbaşa aşkarlanmasını qeyd edir.

GW170104 olaraq kataloqu olan səs siqnalına çevrildiyi zaman siqnal, "ikili birləşmə" üçün xarakterik olan və ya uzaq kainatdakı iki nəhəng astrofizik cisimin birləşməsinə bənzəyir. Ekip, cazibə dalğasının birinin təxminən 31 dəfə, digərinin isə günəş qədər kütləvi olduğu təxmin edilən iki ağır, ulduz kütləsindəki qara dəliklərin toqquşması nəticəsində meydana gəldiyi qənaətinə gəldi.

LIGO tərəfindən tutulan siqnal saniyənin onda iki hissəsindən az davam edir və bir anın bu hissəsində elm adamları, qara dəliklərin bir nəhəng 49 günəş kütləsindəki qara dəliyə birləşmədən əvvəl bir-birlərinin ətrafında altı dəfə fırlandığını hesablayırlar. Bu kosmik toqquşma, cazibə dalğaları şəklində günəş kütləsinin iki qatına bərabər olan böyük bir enerji verdi.

Birləşmə, LIGO-nun ilk cazibə dalğası algılaması olan GW150914 istehsal edən qara dəlik toqquşmasından təxminən iki dəfə daha böyük ölçüdə Yerdən 3 milyard işıq ili məsafədə baş verdi.

MIT-in Kavli Astrofizika və Kosmik Tədqiqatlar İnstitutunun baş tədqiqat alimi və LIGO komandasının üzvü Erik Katsavounidis, "Bu, hər kəsin gördüyü ən uzaq ulduz kütləsindəki qara dəlik sistemidir" deyir.

LIGO-nun GW170104 adı verilən hadisəni müşahidə etməsinə uyğun iki birləşən qara dəlik yaxınlığında əyri məkan zamanının riyazi simulyasiyası. Rəngli bantlar cazibə dalğası zirvələri və çökəkliklərdir, dalğa amplitudası artdıqca rəngləri daha da parlaq olur. (Şəkil: SXS Əməkdaşlıq)

Hizalanmadan

Yeni cazibə dalğa siqnalı həm mənbəyində - ikili qara dəlik birləşməsi - həm də LIGO-nun ilk iki təsbitinə və bu mənbənin ümumi kütləsinə bənzəyir.

Bununla birlikdə, elm adamları ən yeni siqnalda maraqlı bir xüsusiyyət aşkar etdilər: Qara dəliklərdən ən azı birinin spinası, orbital açısal impulsla - "qara deşiklərin" bir-birinin ətrafında fırlanma istiqaməti ilə "antialigned" ola bilər. Bu fenomen, saat yönünün istiqamətində dönən bir karnaval platformasında saat yönünün tersinə fırlanan çay fincanlarına bənzəyir.

Katsavounidis, antialignment əlamətlərinin potensial baxımdan əhəmiyyətli olmasına baxmayaraq kiçik olduğunu vurğulayır. Elm adamları daha çox antialigned sistem aşkar edərlərsə, bu cür dəlillər, dinamik dəlik kimi bilinən, qara dəliklərin ulduz cisimləri ilə qarışıq bir kosmik mühitdə ayrı-ayrılıqda inkişaf etdiyi bir ssenarini dəstəkləyə bilər. Belə bir mühitdə müxtəlif spinli qara dəliklər sonda ikili sistemlərdə, sadəcə cazibə qüvvəsi, “dinamik” cazibə yolu ilə birləşə bilər.

Dinamik tutma, ikili qara dəliklərin öz orbital açısal impulslarına uyğun spinlərlə birlikdə inkişaf etdiyi “ümumi zərf təkamülü” adlı bir modelə ziddir. Əslində, LIGO komandası, bu yeni siqnalın əksinə olaraq, 2015-ci ilin dekabr ayında aşkarlanmanın güclü bir hizalanma ehtimalı olduğunu söylədi.

"Burada ilk dəfə antialignmentə üstünlük verildiyini görürük" deyir Katsavounidis. "Daha çox sistemi təsbit edə bilsək, hansı şəraitdə qara dəliklərin meydana çıxdığını və nəticədə birləşən ikili sistemlər meydana gətirdiyini inkişaf etdirə bilərik."

Həqiqi vaxtda təmkinlilik

Həssaslığını artırmaq üçün tənzimləmələrdən sonra LIGO 30 Noyabr 2016-cı il tarixində ikinci müşahidə qaçışına başladı. Katsavounidis, GW170104'ün aşkarlanmasının "müəyyən bir təmkin cəhəti" olduğunu söylədi.

4 yanvar 2017-ci il, saat 10: 11: 58.6 UTC-də, Hanford, Washington, LIGO’nun dedektorlarından birindən keçən bir cazibə dalğası qeydə alındı. Üç milisaniyədən sonra Luiziana ştatının Livingston şəhərində 3000 kilometrdən çox məsafədə əkiz detektordan keçdi. Dalğalanma hər bir detektorun növbə ilə bu qədər genişlənməsinə və azalmasına səbəb oldu və hər iki dedektor tərəfindən toplanan məlumatlarda kiçik bir tərpənmə əmələ gəldi.

On saniyə ərzində LIGO-nun axtarış alqoritmləri siqnalı cazibə dalğaları üçün xarakterik olan dalğa formaları ilə müqayisə edərək avtomatik olaraq analiz etdi.

Katsavounidis, "Almaniyada çox diqqətli bir araşdırmaçı məlumatları içəri girərkən axtarırdı və iki detektordan birinin əhəmiyyətli bir şey götürdüyünü gördü" deyir. "Bu hadisə, həmkarı sayəsində real vaxtda təyin olundu."

Tədqiqatçı dərhal LIGO’nun siqnalı daha da parçalamaq üçün işə başlayan detektor əməliyyatları, xarakteristikaları və məlumat təhlili işçi qruplarını xəbərdar etdi. Alimlər, məlumat kütləsi, fırlanma və istiqamətləndirmə kimi bir məlumat kütləsi, məlumatlarda görünənlə uyğunlaşan bir cazibə siqnalı meydana gətirəcək ehtimal olunan parametrlər qrupunu daraltmaq üçün hesablama vasitələrindən istifadə etdilər.

Ən yaxşı uyğunlaşma, LIGO-nun ilk cazibə dalğası aşkarlanmasının arxasında GW150914-ün arxasında ikinci ən kütləvi ulduz kütləsi ikili qara dəlik sistemi olduğunu hesabladıqları bir-birinə birləşən qara dəlik oldu.

Qravitasiya qeyri-səlisliyi ilə mübarizə

Bu yeni təsbitlə qrup, birləşən qara dəliklərin davranışının Eynşteynin cazibə təsiri proqnozları ilə, hətta bu qədər həddindən artıq miqyasda olduğu ilə uyğunlaşdığını müşahidə edərək, Albert Einşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsini yenidən təsdiqlədi.

"Bu inanılmaz bir şeydir" deyir Katsavounidis. "Yerdəki cazibə qüvvəsindən və ya cazibə potensialının milyard qat daha böyük olduğu bir şeydən danışsanız da, ümumi nisbət hələ də bu cazibə dalğalarının necə yaradıldığını və bu cisimlərin cazibə qüvvəsi ilə necə davrandığını təsvir edir."

Siqnalın ilkin analizinin bir hissəsi olaraq, LIGO tədqiqatçıları, ikili qara dəlik sisteminin yerləşə biləcəyi səmada təqribən sahələri olan “səma xəritələri” istehsal etdilər. Standart prosedurunun bir hissəsi olaraq, LIGO, bu göy xəritələrini, hər biri bütün elektromaqnit spektrini əhatə edən görüntüləmə vasitələrinə və neytrinoya sahib olan təxminən 80 ortaq astronomiya qrupuna göndərdi. LIGO, kainatdakı digər həddindən artıq hadisələrin əlamətlərini dinləməyə davam edərkən, astronomlar teleskoplarını GW170104 mənbəyinə tərəf yönəldərək çarpışan qara dəliklərin parıltılarını görməyi ümid etdilər.

"LIGO, belə demək mümkünsə, qulağımız rolunu oynayır və bir şey dinləmək və siqnalı izləmək üçün gözlərimizi sürətlə hərəkət etdirmək istəyirik" deyir Katsavounidis. "Missiyamız qravitasiya dalğa detektorlarının qlobal şəbəkəyə daha çoxunu əlavə edərək və [algılamaları] ən qısa müddətdə işıqla cütləşdirərək qeyri-səlisliyinə qarşı mübarizə aparmaqdır."

Qravitasiya dalğaları axtarışı bu yaxınlarda İtaliyanın Pisa yaxınlığında yerləşən və LIGO ilə cütləşməsi planlaşdırılan bənzər bir dedektor Qız şəklində əlavə bir qulaq dəsti qazanacaq.

"Nadir bir şey axtaran bir sahədən gəldiyim üçün həmişə qələbə elan etmək üçün yalnız bir təsbit edərək tərəddüd etdim" deyir Katsavounidis. “İkinci aşkarlamadan sonra yuxuya daha yaxşı başladığımı deyə bilərəm. İndi bu üçüncüsü, LIGO və LIGO-nun müşahidələrini kainatımızdakı qara dəliklərin kütlə spektrini görmək üçün son vasitə kimi möhkəmləndirir. ”

Bu tədqiqat qismən Milli Elm Fondu tərəfindən dəstəkləndi.


Fiziklər Qravitasiya Dalğalarını Hələ də Ən Ağır Qara Delik Birləşməsindən Algılar

Potsdam, Almaniya: Astronomlar ilk növbədə qara dəliklərin iki ləzzətini müşahidə etdilər. Ulduz kütləsindəki qara dəliklər Günəşimizin kütləsindən bir neçə on qat çoxdur. Və bizim kimi qalaktika mərkəzlərində mövcud olan supermassive qara dəliklər Günəş qədər yüz minlərlə milyard dəfə böyükdür. Aralarında qara dəliklərin olmaması ilə gözə çarpan qısır bir bölgə var.

Yəni kütləsi yüzlərlə ulduzla müqayisə edilə bilən, milyardlarla ulduzdan daha az olan heç bir qara dəlik müşahidə etmədik.

Astronomlar uzun müddət qara dəliklərin təkamülündə hiss olunan bu kütlə boşluğu ilə təəccübləndilər. Kütlələri 100 ilə 100.000 günəş kütləsi arasında olan orta kütləli qara dəliklərin mövcudluğunu nəzəriyyə etdilər, lakin biz onları heç vaxt müşahidə etmədik. LIGO-Qız bürcü əməkdaşlığının son cazibə dalğaları elanı bunu dəyişdirə bilər.

LIGO, Lazer İnterferometr Qravitasiya dalğası Rəsədxanasıdır. ABŞ-da, Washington və Louisiana'da yerləşən iki dedektordan ibarətdir. Qız, İtaliyanın Cascina kommunasında bir cazibə dalğa rəsədxanasıdır.

2 sentyabrda iş birliyindən olan fiziklər, cazibə dalğaları istifadə edərək indiyədək müşahidə edilən ən böyük qara dəlik birləşməsini təsbit etdiklərini açıqladılar. Tədbir GW190521 olaraq təyin edilmişdir. 85 və 66 günəş kütləsi ətrafında olan iki başlanğıc qara dəlik toqquşaraq Günəşimizdən 142 qat daha böyük bir qara dəlik meydana gətirdi.

(Redaktorun qeydləri: Müəllif LIGO Elmi Əməkdaşlığının üzvüdür.)

İlkin qara dəliklərin kütlə boşluğunun içində olması ehtimalı böyükdür, lakin şübhəsiz ki, son obyekt mütləq edir.

Yəni bu, ulduz kütləsi ilə supermassive qara dəliklər arasındakı bir qara dəliyin ilk müşahidəsidir.

GW190521 haqqında daha çox məlumat

Şəkil: Deborah Ferguson, Karan Jani, Deirdre Ayaqqabıçı, Pabla Laguna / LIGO-Qız

LIGO və Qız kimi cazibə dalğa detektorları çox aşağı və yüksək tezliklərdə - xüsusən 20 Hz-dən aşağı və bir neçə yüz Hz-dən yuxarı siqnallara həssas deyillər və 100 Hz ətrafında ən həssasdırlar. Nəticədə, səs-küy iki ucunda daha yüksək və ən az 100 Hz civarındadır, bu da vedrə şəklində həssaslıq əyrisi ilə nəticələnir. Bir neçə yüz günəş kütləsinə qədər olan qara deliklərin birləşməsi 100 Hz ətrafında cazibə dalğaları yayır. Yəni LIGO-Qız baş dedektorları bu birləşmələrə digərlərindən daha həssasdır.

Bununla birlikdə, qara dəlikli ikili nə qədər kütləvi olursa, birləşmə tezliyi o qədər az olur və siqnallar dedektorların & # 8216 sağ & # 8217 bandında az vaxt sərf edir.

GW190521 dedektorlarımızdan 10 milisaniyədən az müddətə çırpıldı. Siqnal 60Hz bir tezlikə sahib idi və indiyə qədər müşahidə etdiyimiz ən qısa siqnal və başdan bəri qeyri-adi böyük kütlələrə işarə etdi. Əslində 66 günəş kütləsi olan daha yüngül qara dəlik, indiyə qədər cazibə dalğaları istifadə edərək müşahidə etdiyimiz ən ağır qalıq cisimlərdən1 daha ağır və ya müqayisə edilə bilər.

Birləşmədən sonra təxminən 142 günəş kütləsindən ibarət olan qara dəlik, bu günə qədər cazibə dalğaları istifadə edərək müşahidə olunan ən ağır qara dəlikdir. Fərq - təxminən 8-9 günəş kütləsi enerji dəyərində - cazibə dalğalarına çevrildi. Bu, təxminən 7 milyard il əvvəl bir kataklizmik partlayış olardı. Bununla birlikdə, dedektorlar siqnalı müqayisə etmək üçün yalnız səmanın təxminən 1000 kv. Dərəcəsinə qədər lokalizasiya edə bilər, Günəş və ya Dolunay səmada yalnız 0,5 kv. Dərəcə tutur.

Qravitasiya dalğaları yayan spiral və birləşən iki qara dəliyin ədədi simulyasiyası. Qara dəliklərin böyük və təxminən bərabər kütlələri var. Simulyasiya edilmiş qravitasiya dalğa siqnalı LIGO və Qız cazibə dalğa detektorlarının 21 May 2019-cu il tarixində apardığı müşahidəyə uyğundur. Video: N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno, Max Planck Institute for Gravitational Physics) / Simulation eXtreme Spacetimes (SXS) Əməkdaşlıq

Mənşə hekayəsi

GW190521 bir çox cəhətdən müstəsna bir siqnaldır. LIGO-Qız bürcünün təhlilləri əsas siqnalın təbiəti ilə bağlı sərt fərziyyələr irəli sürür. Bu detektorlarla işləyən tədqiqatçılar, qara deliklərin elipslərdən daha çox konsentrik dairələrdə içəriyə doğru fırlandığını və fırlanma oxlarının hərəkət etdiyini düşünürdülər (masanın üstündəki bir fırlanan üst kimi).

Bununla birlikdə, bu siqnalın ikili qara dəlik birləşməsindən gəldiyinə dair bəzi şübhələrin olması vacibdir. Kəşfi müşaiyət edən məqalədə alternativ ssenarilər də müzakirə olunur - eliptik orbitlər, qara dəliklərin baş-başa toqquşması, nüvə dağılması supernovaları və s.

85 günəş kütləsi ağırlığında olan qara dəlik ənənəvi astrofiziki müdrikliyə meydan oxuyur - 65-130 günəş kütləsi olan qara dəliklərin supernovaya gedən və öz nüvəsi öz kütləsi altına girən bir ulduzdan doğa bilməz. Bunun əvəzinə, GW190521 təklif etdiklərini göstərir bacarmaq.

Əlbətdə ki, bir neçə alternativ açıqlama var, Məsələn, yaxınlıqda bir neçə qara dəliyin olması mümkündür. Onlardan ikisi əvvəlcə birləşərək daha ağır bir şey əmələ gətirir, daha sonra başqa bir qara dəliyi çəkir və onunla birləşir, daha ağır bir qara dəlik əmələ gətirir və s. Ancaq bu mümkün olsa da, bu da inanılmazdır.

Qara dəliklərin birləşməsi üçün bir iyerarxik sxem haqqında bir sənətçi konsepsiyası. Şəkil: LIGO / Caltech / MIT / R. Zərər (IPAC)

Tipik bir ikili qara dəlik birləşməsi üç mərhələdən keçir: iki obyektin başlanğıc sarmal birləşməsi, birləşmə və nəhayət yeni yaranmış qara dəliyin tək, sabit dönən qara dəliyə yerləşdiyi zəncirləmə. Zəng zamanı, son qara dəlik, yeni vurulan və yıxılan bir zəngdən gələn səs-küyə bənzəyən qravitasiya dalğaları yayır.

Kütlə sayəsində GW190521 siqnalında demək olar ki, tamamilə birləşmə zil səsi üstünlük təşkil edirdi ki, bu da zəng söndürmə tezliklərini yüksək dəqiqliklə ölçməyə imkan verdi. Ölçmələr ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin proqnozlarına uyğundur və bu sahədə C.V. Vişveşvara.

GW190521, LIGO-Qız bürcünün açıqladığı, daha çox olmasa da cavab verdikləri qədər sual vermiş bir sıra araşdırmaların sonuncusudur. İndiyə qədər LIGO-Qız və üçüncü müşahidə qaçışının ilk yarısı, bir anda təbiətdə mövcud olma ehtimalı az olan dörd müstəsna hadisəni atdı. İndi nə olacağını yalnız zaman göstərə bilər.

Qeyd: Bu məqalədə əvvəlcə qara dəlik birləşməsinin 17 milyard il əvvəl baş verdiyi bildirilirdi. Səhv düzəldildi, birləşmənin 7 milyard il əvvəl 3 sentyabr 2020-ci il tarixində saat 17.55-də baş verdiyini bildirildi.

Abhirup Ghoş kiçik bir alim və Maks Plank Qravitasiya Fizikası İnstitutunun (Albert Einstein İnstitutu) Astrofiziki və Kosmoloji Nisbilik qrupunun üzvü, Potsdam, Almaniya.


Qara delikli ikili necə edilir

Böyük qara dəliklərin sübutlarını tapmaq üçün bir yol da onların spinləridir. Birləşmələr nəticəsində yaranan qara dəliklər ümumiyyətlə maksimum sürətinin% 70-də fırlanır - əslində O3 kataloqudakı bütün qalıq qara dəliklərdə bu dəyər ətrafında toplanmış son spinlər vardır. Əksinə, ölməkdə olan bir ulduzun yaratdığı bir qara dəlik, ehtimal ki, daha yavaş fırlanacaq və bu, O3 kataloqu birləşmələrindən biri olan GW190814-də iştirak edən qara dəlik tərəfindən təsdiqlənmişdir.

Spin əyməsi də əhəmiyyətlidir. Astronomlar istisnalar barədə mübahisə etsələr də, onsuz da ikili olan ulduzlardan qardaş əkiz kimi doğulan qara dəliklər, ehtimal ki, bir-birlərinin ətrafındakı dik zirvələr kimi fırlanır. Bir-birlərini sonradan övladlığa götürən qara dəliklərin təsadüfi bir meyl növünə sahib olma ehtimalı daha yüksəkdir.

Fishbach deyir ki, birləşmədən əvvəl obyektlərin ayrı-ayrı spinlərini ölçmək hələ də çətindir. Bunun əvəzinə, elm adamları onlara bir ansambl kimi baxmalı və statistik nəticələr verməlidirlər. Bu təhlildən işbirliklərindən birləşdirilmədən əvvəl bəzi qara dəliklərin mütləq döndüyünü və təxminən üçdə birinin ya öz orbitləri boyunca yanlarında yuvarlandığını və ya ortaqlarını çevirdikləri istiqamətə görə tərs döndüyünü deyə bilər.

Bu, çox ilkin bir şəkil kimi, LIGO və Qız bürcü tərəfindən tutulan toqquşan qara dəliklərin təxminən üçdə birinin, məsələn, sıx bir ulduz qrupu və ya supermassive qara dəlik ətrafında tüklü qaz diskinin birləşdiyini göstərir. get-getdən ikili olaraq birlikdə doğulur.

Hələ ağır bir qara dəlik birləşməsinin simulyasiyası (GW190521). Rəngli konturlar cütlüyün ilham verməsi və birləşməsi nəticəsində çıxan cazibə dalğalarıdır. Qara dəliklərin böyük və təxminən bərabər kütlələri var, biri digəri ilə müqayisədə yalnız 3% daha çoxdur.
N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Qravitasiya Fizikası İnstitutu), eXtreme Spacetimes (SXS) İşbirliyini Simulyasiya


Algılama necə edildi?

Siqnalın ilk göstəricisi dedektor məlumatlarına qeyd edildiyi kimi demək olar ki, real vaxtda baxan onlayn axtarış metodundan gəldi. Şəkil 2 axtarış metodlarından birinin nəticələrini göstərir. Bu analiz GW151226-nı Yerə gəldikdən sonra 70 saniyə ərzində bir cazibə dalğası namizədi olaraq təyin etdi. Təxminən bir dəqiqə sonra namizədin mənbə xüsusiyyətlərinin ilk, kobud təxminləri hesablanmışdı. Bu ilk axtarışlarda bilinən bir texnika istifadə edildi uyğun filtrasiya mümkün cazibə dalğa siqnallarını müəyyənləşdirmək. Bu metodda ən yaxşı uyğunluğu tapmaq üçün məlumatlar bir çox proqnozlaşdırılan siqnallarla ('dalğa formaları') müqayisə olunur. Hər iki detektorun məlumatları eyni zamanda bir siqnalla uyğun gəlirsə, o zaman cazibə dalğası namizədimiz var. Eşleşen filtreleme, ilk tanıma (GW150914) ilə müqayisədə daha kiçik siqnal gücünə görə GW151226-nın aşkarlanması və analizi üçün vacib idi.

İlkin axtarış analizləri yalnız iki kompakt cisimin kütlələri, fırlanma dərəcələri və istiqamətləri, məsafəsi və göydəki mövqeyi daxil olmaqla mənbənin və mdashın xüsusiyyətləri üçün təxmini təxminlər verə bilər. Bu xüsusiyyətləri ('parametrlər' olaraq bilinən) daha dəqiq təyin etmək üçün fərqli bir texnikadan istifadə etdik: bir çox fərqli parametr birləşməsini sınadıq və hər dəfə bu birləşmə üçün proqnozlaşdırılan dalğa formasının gördüyümüz siqnalla nə qədər uyğun olduğunu yoxladıq. Bu yanaşma, müşahidəmizi izah edə biləcək müxtəlif parametrlər dəstinin xəritəsini yaratmağa və hər bir dəstin doğru olma ehtimalını anlamağa imkan verir. Şəkil 3 Yenidən qurulmuş cazibə-dalğa siqnalı (Livingston detektoru tərəfindən müşahidə olunduğu kimi) arasında, ən ehtimal olunan parametrlər aralığından istifadə edərək yaradılan, Eynşteynin ümumi nisbi tənliklərinin ədədi həllindən hesablanan bir siqnalla müqayisədə əla uyğunluğu göstərir.


İkili qara dəliklər birləşmə həddini tapdı

Bir-birinə nəhəng bir qara dəlik meydana gətirmədən əvvəl cazibə qüvvəsi ilə bağlanmış və son mərhələlərdə bir-birinin ətrafında dövr edən o qədər yaxın olan əkiz qara dəliklər, təxminən 10.3 milyard il əvvəl mövcud olan bir kvazarda tapıldı.

Bu nadir qara dəliklərin tədqiqatına qatılan ABŞ-ın Merilend Universitetindən Suvi Gezari deyir: "İnanırıq ki, hər zamankindən daha yaxın iki super-küt qara dəlik müşahidə etdik".

İki qara dəlik eyni materialı üzərlərinə düşür və bu səbəbdən dövrü parlaqlaşmağa və solmağa gətirib çıxaran dövri epizodlarda maddəni udurlar. Kvazarların aktivliyi bir gündən digər günə dəyişdiyindən parlaqlıqda dəyişdiyi bilinir, lakin bu dəyişikliklər ümumiyyətlə təsadüfi olur. Gezari də daxil olmaqla Pan-STARRS1 Orta Dərin Anketini istifadə edərək, PSO J334.2028 + 01.4075 olaraq təyin edilmiş bir kvazarın periyodik bir parlaqlıq və qaranlıq dövrü olduğunu və bu dövrü hər 542 gündə təkrarladığını gördü. Astronomlar, baxdıqlarının tək bir aktiv qara dəlik deyil, bir-birinə çox yaxın ikən, bu 542 gün ərzində bir-birinin ətrafında bir dövrə vurduğunu anladılar. Günəş sistemimizdə olsaydılar, onları Marsın orbitinə qoyardılar. Catalina Real Time Transient Survey və İLK Parlaq Quasar Sorğusu ilə müşahidələri təqib edin.

Quazarlar, mərkəzində ən azı bir canavar qara dəliyi olan, qalaktikanın qalan hissəsini tamamilə işıqlandıran qədər aktiv olan uzaq qalaktikalardır. Qara dəlik iri qaz porsiyonları - ulduz qazı və toz, ulduzlarla qidalanır, qara dəliyin ətrafındakı spiral bir diskdə küləyərək növbəsini yeyib xaric etməyi gözləyir. Milyonlarca santigrat dərəcə istiliyinə çatan bu disk bu qədər parıldayır. Bəzən material qara dəliyə düşən qalaktikalararası qaz buludlarından gəlir, lakin digər hallarda çarpışan qalaktikalardakı qazı pozan qalaktika birləşmələri ilə kvazarlar alovlana bilər. Hər qalaktikanın ürəyində böyük bir qara dəlik var və qalaktikalar birləşdikdə, qara dəliklər nəticədə bir-birlərinə yaxınlaşmaq üçün yol tapırlar.

PSO J334-dəki ikili qara dəlik sisteminin birləşmiş kütləsi Günəşimizin kütləsindən on milyard qat çoxdur, bu da Süd Yolu Qalaktikasının mərkəzindəki qara dəliyin kütləsi ilə müqayisədə 4.1 ilə 4.3 milyon dəfə çoxdur. Günəş kütləsi. Bu ikili qara dəliyin mövcudluğu, ehtimal ki, Albert Einşteynin Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsindən irəli gələn proqnozlarından birinin: cazibə dalğalarının sınanmasına yol açır.

Gezari deyir: "Bu cüt dəliklər bir-birlərinə o qədər yaxın ola bilər ki, cazibə dalğaları yayırlar". Qravitasiya dalğaları əvvəllər heç aşkarlanmasa da, dedektorlarımız daha həssas böyüyür. Qara deliklərin birləşdirilməsi, kosmosda yerləşmiş, LIGO (Laser Interferometer Cazibə Dalğa Rəsədxanası) kimi yerüstü detektorlardan daha asan aşkarlanan yüksək tezlikli cazibə dalğaları yaradacaqdır. LISA (Laser Interferometer Space Antenna) adlanan kosmos əsaslı qravitasiya detektoru üçün planlar onsuz da yaxşı inkişaf etdirilmişdir; Avropa Kosmik Agentliyi sentyabr ayında bütün partlamış missiyanın ilkin kursoru olaraq texnoloji test LISA Pathfinder missiyasına başlamışdır.

İkili qara dəlik sisteminin nəticələrini izah edən bir sənəd onlayn nəşr olundu Astrofizik Jurnal Məktubları.


Videoya baxın: Arvadına qızınıa sahib çıxa bilməyən birisi bizi idarə etirazlara qalxmalıyıq (Oktyabr 2021).