Dalam sepasang lubang hitam supermasif yang digabungkan, kaedah baharu untuk mengukur kekosongan

Dalam simulasi penggabungan lubang hitam supermasif ini, lubang hitam teranjak biru yang paling hampir dengan penonton menguatkan lubang hitam teranjak merah di belakang melalui kanta graviti. Para penyelidik menemui penurunan kecerahan yang berbeza apabila lubang hitam terdekat melepasi di hadapan bayang rakan sejawatannya, pemerhatian yang boleh digunakan untuk mengukur saiz kedua-dua lubang hitam dan menguji teori graviti alternatif. Kredit: Jordy Davelaar

Tiga tahun lalu, imej pertama lubang hitam mengejutkan dunia. Lubang hitam ketiadaan yang dikelilingi oleh cincin cahaya yang berapi-api. Imej ikonik lubang hitam di tengah galaksi Messier 87 menjadi tumpuan terima kasih kepada Event Horizon Telescope, rangkaian global hidangan radio yang disegerakkan yang bertindak sebagai satu teleskop gergasi.

Kini, sepasang penyelidik Columbia telah mencipta cara yang berpotensi lebih mudah untuk melihat ke dalam jurang. Digariskan dalam kajian pelengkap dalam Surat Semakan Fizikal dan Kajian Fizikal Dteknik pengimejan mereka boleh membolehkan ahli astronomi mengkaji lubang hitam yang lebih kecil daripada M87, raksasa dengan jisim 6.5 bilion matahari, bersembunyi di galaksi yang lebih jauh daripada M87, yang pada jarak 55 juta tahun cahaya, masih agak dekat dengan Milky kita sendiri. Cara.

Teknik ini hanya mempunyai dua keperluan. Mula-mula, anda memerlukan sepasang lubang hitam supermasif dalam kerinduan untuk bergabung. Kedua, anda perlu melihat pasangan itu pada sudut hampir menyebelah. Dari sudut pandang sisi ini, apabila satu lubang hitam melintas di hadapan yang lain, anda sepatutnya dapat melihat kilatan cahaya yang terang kerana cincin bercahaya lubang hitam yang lebih jauh dibesarkan oleh lubang hitam yang paling hampir dengan anda, satu fenomena dikenali sebagai kanta graviti.

Kesan lensa diketahui umum, tetapi apa yang ditemui oleh penyelidik di sini ialah isyarat tersembunyi: penurunan kecerahan yang tersendiri sepadan dengan “bayangan” lubang hitam di belakang. Peredupan halus ini boleh bertahan dari beberapa jam hingga beberapa hari, bergantung pada seberapa besar lubang hitam itu, dan sejauh mana orbitnya terjalin rapat. Jika anda mengukur berapa lama penurunan itu berlangsung, para penyelidik berkata, anda boleh menganggarkan saiz dan bentuk bayang yang dilemparkan oleh ufuk peristiwa lubang hitam, titik tiada jalan keluar, di mana tiada apa-apa yang terlepas, malah cahaya.

“Ia mengambil masa bertahun-tahun dan usaha besar oleh berpuluh-puluh saintis untuk membuat imej resolusi tinggi lubang hitam M87 itu, ” kata pengarang pertama kajian itu, Jordy Davelaar, postdoc di Columbia dan Pusat Astrofizik Pengiraan Institut Flatiron. “Pendekatan itu hanya berfungsi untuk lubang hitam terbesar dan terdekat—pasangan di tengah-tengah M87 dan berpotensi Bima Sakti kita sendiri.”





Simulasi kanta graviti dalam sepasang lubang hitam supermasif yang digabungkan. Kredit: Jordy Devalaar

Dia menambah, “dengan teknik kami, anda mengukur kecerahan lubang hitam dari masa ke masa, anda tidak perlu menyelesaikan setiap objek secara spatial. Ia sepatutnya mungkin untuk mencari isyarat ini dalam banyak galaksi.”

Bayangan lubang hitam adalah ciri yang paling misteri dan bermaklumat. “Tempat gelap itu memberitahu kita tentang saiz lubang hitam, bentuk ruang-masa di sekelilingnya, dan bagaimana jirim jatuh ke dalam lubang hitam berhampiran ufuknya,” kata pengarang bersama Zoltan Haiman, seorang profesor fizik di Columbia.

Bayang-bayang lubang hitam juga mungkin menyimpan rahsia sifat sebenar graviti, salah satu kuasa asas alam semesta kita. Teori graviti Einstein, yang dikenali sebagai relativiti am, meramalkan saiz lubang hitam. Oleh itu, ahli fizik telah mencari mereka untuk menguji teori graviti alternatif dalam usaha untuk mendamaikan dua idea yang bersaing tentang cara alam berfungsi: relativiti am Einstein, yang menerangkan fenomena skala besar seperti planet yang mengorbit dan alam semesta yang mengembang, dan fizik kuantum, yang menerangkan bagaimana zarah-zarah kecil seperti elektron dan foton boleh menduduki beberapa keadaan sekaligus.

Para penyelidik mula berminat untuk membakar lubang hitam supermasif selepas melihat sepasang lubang hitam supermasif yang disyaki di tengah-tengah galaksi jauh di alam semesta awal. Teleskop angkasa lepas Kepler yang memburu planet NASA sedang mengimbas penurunan kecil dalam kecerahan yang sepadan dengan planet yang melintas di hadapan bintang tuan rumahnya. Sebaliknya, Kepler akhirnya mengesan suar apa yang Haiman dan rakan sekerjanya dakwa sebagai sepasang lubang hitam yang bergabung.

Mereka menamakan galaksi jauh itu “Spikey” untuk pancang dalam kecerahan yang dicetuskan oleh lubang hitam yang disyaki membesar antara satu sama lain pada setiap putaran penuh melalui kesan kanta. Untuk mengetahui lebih lanjut tentang suar, Haiman membina model dengan postdocnya, Davelaar.

Dalam sepasang lubang hitam supermasif yang digabungkan, kaedah baharu untuk mengukur kekosongan

Dalam simulasi sepasang lubang hitam supermasif yang bergabung ini, lubang hitam yang paling hampir dengan penonton semakin menghampiri dan dengan itu kelihatan biru (bingkai 1), menguatkan lubang hitam teranjak merah di belakang melalui kanta graviti. Apabila lubang hitam terdekat menguatkan cahaya lubang hitam lebih jauh (bingkai 2), penonton melihat kilatan cahaya terang. Tetapi apabila lubang hitam yang paling hampir melepasi di hadapan jurang, atau bayang, lubang hitam paling jauh, penonton melihat sedikit penurunan dalam kecerahan (bingkai 3). Penurunan kecerahan (3) ini ditunjukkan dengan jelas dalam data lengkung cahaya di bawah imej. Kredit: Jordy Devalaar

Walau bagaimanapun, mereka keliru apabila sepasang lubang hitam simulasi mereka menghasilkan kecerahan yang tidak dijangka, tetapi berkala, dalam kecerahan setiap kali satu mengorbit di hadapan yang lain. Pada mulanya, mereka fikir ia adalah kesilapan pengekodan. Tetapi pemeriksaan lanjut menyebabkan mereka mempercayai isyarat itu.

Semasa mereka mencari mekanisme fizikal untuk menjelaskannya, mereka menyedari bahawa setiap penurunan kecerahan hampir sepadan dengan masa yang diambil untuk lubang hitam yang paling hampir dengan penonton melintas di hadapan bayang lubang hitam di belakang.

Para penyelidik sedang mencari data teleskop lain untuk mencuba dan mengesahkan penurunan yang mereka lihat dalam data Kepler untuk mengesahkan bahawa Spikey, sebenarnya, mempunyai sepasang lubang hitam yang bergabung. Jika semuanya berjaya, teknik ini boleh digunakan pada segelintir pasangan lain yang disyaki penggabungan lubang hitam supermasif antara 150 atau lebih yang telah dikesan setakat ini dan sedang menunggu pengesahan.

Memandangkan teleskop yang lebih berkuasa datang dalam talian pada tahun-tahun akan datang, peluang lain mungkin timbul. Balai Cerap Vera Rubin, yang akan dibuka tahun ini, menyasarkan lebih 100 juta supermasif lubang hitam. Pengakap lubang hitam selanjutnya akan dapat dilakukan apabila pengesan gelombang graviti NASA, LISA, dilancarkan ke angkasa pada tahun 2030.

“Walaupun hanya sebahagian kecil daripada binari lubang hitam ini mempunyai syarat yang sesuai untuk mengukur kesan yang dicadangkan kami, kami boleh menemui banyak penurunan lubang hitam ini,” kata Davelaar.


Teleskop Sangat Besar menemui sepasang lubang hitam supermasif yang paling hampir


Maklumat lanjut:
Jordy Davelaar et al, Suar Lensa Kendiri daripada Perduaan Lubang Hitam: Memerhati Bayang Lubang Hitam melalui Tomografi Lengkung Cahaya, Surat Semakan Fizikal (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.191101

Jordy Davelaar et al, Suar lensa sendiri daripada binari lubang hitam: Pengesanan sinar relativistik am bagi binari lubang hitam, Kajian Fizikal D (2022). DOI: 10.1103/PhysRevD.105.103010

Disediakan oleh
Universiti Columbia


Petikan: Dalam sepasang lubang hitam supermasif yang digabungkan, kaedah baharu untuk mengukur kekosongan (2022, 9 Mei) diambil 10 Mei 2022 daripada

Dokumen ini tertakluk kepada hak cipta. Selain daripada sebarang urusan adil untuk tujuan kajian atau penyelidikan persendirian, tiada bahagian boleh diterbitkan semula tanpa kebenaran bertulis. Kandungan disediakan untuk tujuan maklumat sahaja.

We would love to thank the writer of this article for this incredible content

Dalam sepasang lubang hitam supermasif yang digabungkan, kaedah baharu untuk mengukur kekosongan


Check out our social media profiles and other related pageshttps://paw6.info/related-pages/