Selitetty: Kaksi mustaa aukkoa yhdistyivät miljardeja vuosia sitten, mutta se hämmentää tutkijoita nyt

LIGO ja Virgo havaitsevat yhdistymisen yhteydessä vapautuneiden gravitaatioaaltojen signaalit. Toinen kahdesta alkuperäisestä mustasta aukosta oli massaltaan epätavallinen, mikä haastaa perinteisen tieteellisen tiedon. Mitä yleisesti ymmärretään ja mikä selittää tämän epätavallisen koon?

Taiteilijan konsepti, joka havainnollistaa hierarkkista mallia mustien aukkojen yhdistämiseksi. (Luotto: LIGO/Caltech/MIT/R Hurt [IPAC])

Miljardeja vuosia sitten kahden mustan aukon törmäys lähetti gravitaatioaaltoja värähtelemään maailmankaikkeuden läpi. Vuonna 2019 signaalit näistä aalloista olivat havaittiin gravitaatioaaltojen observatoriossa LIGO (Yhdysvallat) ja ilmaisin Virgo (Italia).

Tiedemiehiä on kuitenkin innostunut yhden alkuperäisen mustan aukon massa, joka uhmaa perinteistä tietoa mustien aukkojen muodostumisesta.

Löytö ja analyysi on kuvattu kahdessa tutkimuspaperissa. Yksi, sisään Physical Review Letters , kertoo löydöstä ja ehdottaa mahdollisia tapoja, joilla epätavallinen sulautuminen on saattanut tapahtua. Toinen paperi sisään The Astrophysical Journal Letters , käsittelee signaalin fysikaalisia ominaisuuksia.

Mitä tarkalleen havaittiin?

Se oli signaali gravitaatioaalolta, suhteellisen uudesta löytöalueesta. Gravitaatioaallot ovat näkymättömiä väreitä, jotka muodostuvat, kun tähti räjähtää supernovassa; kun kaksi suurta tähteä kiertävät toisiaan; ja kun kaksi mustaa aukkoa sulautuvat yhteen. Valonnopeudella matkustavat gravitaatioaallot puristavat ja venyttävät mitä tahansa tiellään.

Gravitaatioaaltoja ehdotti Albert Einstein yleisessä suhteellisuusteoriassaan yli sata vuotta sitten. Kuitenkin vasta vuonna 2015 ensimmäinen gravitaatioaalto havaittiin - LIGO:lla. Sen jälkeen gravitaatioaaltoja on havaittu useita.

LIGO:ssa ja Virgossa havaittu signaali, kuten LIGO Collaboration kuvailee, muistutti noin neljää lyhyttä heilutusta ja kesti alle sekunnin kymmenesosan.

Mistä se tuli?

Myöhempi analyysi ehdotti, että GW190521 oli todennäköisimmin syntynyt kahden mustan aukon yhdistämisestä. Signaali edusti todennäköisesti hetkeä, jolloin nämä kaksi yhdistyivät. Sen laskettiin tulevan noin 17 miljardin valovuoden etäisyydeltä ja ajalta, jolloin maailmankaikkeus oli noin puolet iästään.

Mutta nämä havainnot johtivat lisäkysymyksiin. Toinen kahdesta sulautuvasta mustasta aukosta kuuluu keskimääräiseen massa-alueeseen - sopimattomuus, jota ei voida selittää perinteisellä tiedolla mustien aukkojen muodostumisesta.

Miksi se on epätavallista?

Kaikki tähän mennessä havaitut mustat aukot kuuluvat jompaankumpaan kahdesta kategoriasta. Yksi luokka vaihtelee muutaman auringon massan (yksi aurinkomassa on aurinkomme massa) ja kymmenien auringon massojen välillä. Näiden uskotaan muodostuvan, kun massiiviset tähdet kuolevat.

Toinen luokka on supermassiiviset mustat aukot. Ne vaihtelevat satoista tuhansista miljardeihin kertoja aurinkoomme verrattuna.

Perinteisen tiedon mukaan tähdet, jotka voisivat synnyttää mustia aukkoja, joiden aurinkomassa on 65–120, eivät tee niin – tällä alueella olevat tähdet hajoavat kuollessaan romahtamatta mustaksi aukoksi.

Mutta GW190521-signaaliin johtaneessa sulautumisessa suurempi musta aukko oli 85 Auringon massaa - hyvin tällä odottamattomalla alueella, joka tunnetaan parin epävakauden massavälinä. Se on ensimmäinen keskikokoinen musta aukko, joka on koskaan havaittu. (Itse asiassa, pienempi musta aukko on myös rajallinen, 66 auringon massalla.)

Nämä kaksi yhdistyivät muodostaen uuden mustan aukon, jonka aurinkomassa on noin 142. Energiaa, joka vastaa kahdeksaa auringon massaa, vapautui gravitaatioaaltojen muodossa, mikä johti kaikkien aikojen voimakkaimpaan tutkijoiden havaitsemaan aaltoon.

Kuinka epätavallisen massan musta aukko on voinut muodostua?

Tutkijat ehdottavat, että 85 aurinkomassaa painava musta aukko ei ollut romahtavan tähden tuote, vaan se oli itse aikaisemman sulautumisen tulos. Syntyi kahden mustan aukon törmäyksessä, on todennäköistä, että uusi musta aukko sulautui sitten 66 aurinkomassan mustaan ​​aukkoon, mikä johti gravitaatioaalloille ja LIGO:n ja Virgon vastaanottamaan signaaliin.

Jaa Ystäviesi Kanssa: