У парі надмасивних чорних дір, що зливаються, новий метод вимірювання порожнечі

У парі надмасивних чорних дір, що зливаються, новий метод вимірювання порожнечі


У цій симуляції злиття надмасивної чорної діри найближча до глядача чорна діра зі зміщенням синього кольору посилює червону зміщену чорну діру ззаду за допомогою гравітаційного лінзування. Дослідники виявили помітне падіння яскравості, коли найближча чорна діра проходила перед тінню її аналога, спостереження, яке можна було використовувати для вимірювання розмірів як чорних дір, так і для перевірки альтернативних теорій гравітації. Авторство: Джорді Давелаар

Три роки тому перше в історії зображення чорної діри приголомшило світ. Чорна яма небуття, оточена вогняним кільцем світла. Це культове зображення чорної діри в центрі галактики Messier 87 потрапило в фокус завдяки телескопу Event Horizon Telescope, глобальній мережі синхронізованих радіотарілок, що діють як один гігантський телескоп.

Тепер пара дослідників з Колумбії розробили потенційно простіший спосіб дивитися в прірву. Викладено в додаткових дослідженнях в Листи з фізичними оглядами і Фізичний огляд Дїхня техніка зображення може дозволити астрономам вивчати чорні діри, менші за M87, монстра з масою 6,5 мільярдів сонць, що знаходиться в галактиках, більш віддалених, ніж M87, яка на відстані 55 мільйонів світлових років від нас все ще відносно близька до нашого Чумацького. Шлях.

Техніка має лише дві вимоги. По-перше, вам знадобиться пара надмасивних чорних дір, які переживають злиття. По-друге, ви повинні дивитися на пару майже збоку. З цієї бокової точки зору, коли одна чорна діра проходить навпроти іншої, ви повинні бачити яскравий спалах світла, оскільки світиться кільце чорної діри, що знаходиться далі, збільшується найближчою до вас чорною дірою, явищем відомий як гравітаційне лінзування.

Ефект лінзування добре відомий, але те, що дослідники виявили тут, було прихованим сигналом: характерним зниженням яскравості, що відповідає «тінь» чорної діри ззаду. Це тонке затемнення може тривати від кількох годин до кількох днів, залежно від того, наскільки масивні чорні діри та наскільки тісно переплетені їхні орбіти. Якщо виміряти, як довго триває занурення, кажуть дослідники, ви можете оцінити розмір і форму тіні, що відкидається горизонтом подій чорної діри, точкою, звідки немає виходу, звідки ніщо не втече, навіть світло.

«Десятки вчених потребували років і величезних зусиль, щоб зробити це зображення чорних дір M87 з високою роздільною здатністю», – сказав перший автор дослідження, Джорді Давелаар, постдок Колумбійського центру обчислювальної астрофізики Інституту Флэтайрон. «Такий підхід працює лише для найбільших і найближчих чорних дір — пари в центрі M87 і потенційно нашого Чумацького Шляху».





Моделювання гравітаційного лінзування в парі надмасивних чорних дір, що зливаються. Авторство: Джорді Девалаар

Він додав: «З нашою технікою ви вимірюєте яскравість чорних дір у часі, вам не потрібно розділяти кожен об’єкт просторово. Цей сигнал має бути можливим у багатьох галактиках».

Тінь чорної діри є одночасно її найбільш загадковою та інформативною ознакою. «Ця темна пляма розповідає нам про розміри чорної діри, форму простору-часу навколо неї і те, як матерія падає в чорну діру поблизу її горизонту», — сказав співавтор Золтан Хайман, професор фізики з Колумбійського університету.

Тіні чорної діри також можуть містити секрет справжньої природи гравітації, однієї з фундаментальних сил нашого Всесвіту. Теорія гравітації Ейнштейна, відома як загальна теорія відносності, передбачає розміри чорних дір. Тому фізики шукали їх, щоб перевірити альтернативні теорії гравітації, намагаючись примирити дві конкуруючі ідеї того, як працює природа: загальну теорію відносності Ейнштейна, яка пояснює великі явища, такі як обертання планет і Всесвіт, що розширюється, і квантову фізику, яка пояснює. як крихітні частинки, такі як електрони і фотони, можуть займати кілька станів одночасно.

Дослідники зацікавилися спалахом надмасивних чорних дір після того, як помітили підозрювану пару надмасивних чорних дір у центрі далекої галактики в ранньому Всесвіті. Космічний телескоп NASA Kepler для полювання на планети сканував крихітні спади яскравості, що відповідають планеті, що проходить перед зіркою-господарем. Натомість Кеплер виявив спалахи, які, як стверджують Хайман і його колеги, є парою злиття чорних дір.

Вони назвали далеку галактику «Spikey» за стрибки яскравості, викликані її підозрюваними чорними дірами, які збільшують одна одну при кожному повному оберті за допомогою ефекту лінзи. Щоб дізнатися більше про спалах, Хайман створив модель за допомогою свого постдока Давелара.

У парі надмасивних чорних дір, що зливаються, новий метод вимірювання порожнечі

У цій симуляції пари надмасивних чорних дір, що зливаються, чорна діра, найближча до глядача, наближається і, таким чином, виглядає синьою (кадр 1), посилюючи червону зміщену чорну діру ззаду за допомогою гравітаційного лінзування. Оскільки найближча чорна діра посилює світло чорної діри, що знаходиться далі (кадр 2), глядач бачить яскравий спалах світла. Але коли найближча чорна діра проходить перед прірвою, або тінню, найдальшої чорної діри, глядач бачить невелике зниження яскравості (кадр 3). Цей спад яскравості (3) чітко відображається на даних кривої освітленості під зображеннями. Авторство: Джорді Девалаар

Однак вони були збентежені, коли їхня змодельована пара чорних дір викликала несподіване, але періодичне зниження яскравості щоразу, коли одна оберталася перед іншою. Спочатку вони подумали, що це помилка кодування. Але подальша перевірка змусила їх довіритися сигналу.

Коли вони шукали фізичний механізм, щоб це пояснити, вони зрозуміли, що кожне падіння яскравості точно відповідало часу, за який найближча до глядача чорна діра пройшла перед тінню чорної діри позаду.

Наразі дослідники шукають інші дані телескопа, щоб спробувати підтвердити спад, який вони бачили в даних Кеплера, щоб переконатися, що Спайкі насправді містить пару чорних дір, що зливаються. Якщо все підтвердиться, цю техніку можна було б застосувати до кількох інших підозрюваних пар злиття надмасивних чорних дір серед приблизно 150, які були помічені на даний момент і чекають підтвердження.

Оскільки в найближчі роки з’являться потужніші телескопи, можуть виникнути інші можливості. Обсерваторія Віри Рубін, яку планують відкрити цього року, має на меті понад 100 мільйонів надмасивних чорних дір. Подальше дослідження чорної діри стане можливим, коли детектор гравітаційних хвиль NASA LISA буде запущений в космос у 2030 році.

«Навіть якщо лише невелика частина цих подвійних чорних дір має належні умови для вимірювання запропонованого нами ефекту, ми могли б знайти багато з цих провалів чорних дір», — сказав Давелаар.


Дуже великий телескоп відкрив найближчу пару надмасивних чорних дір


Більше інформації:
Джорді Давелаар та ін., Самолінзуючі спалахи від подвійних чорних дір: спостереження за тінню чорної діри за допомогою томографії на кривій світла, Листи з фізичними оглядами (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.191101

Джорді Давелаар та інші, Самолінзуючі спалахи від подвійних чорних дір: загальне релятивістське трасування променів подвійних чорних дір, Фізичний огляд Д (2022). DOI: 10.1103/PhysRevD.105.103010

Надано Колумбійським університетом

Цитування: У парі злиття надмасивних чорних дір новий метод вимірювання порожнечі (2022, 9 травня), отриманий 10 травня 2022 року з https://phys.org/news/2022-05-pair-merging-supermassive-black- holes.html

Цей документ є об’єктом авторського права. За винятком будь-яких чесних відносин з метою приватного вивчення або дослідження, жодна частина не може бути відтворена без письмового дозволу. Вміст надається виключно в інформаційних цілях.





Source link

Залишити коментар

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.