2020-09-02 15:26:55
Την 21η Μαΐου 2019, οι ανιχνευτές Advanced LIGO και Advanced Virgo παρατήρησαν ένα σήμα βαρυτικών κυμάτων προερχόμενο από τη συγχώνευση ενός ασυνήθιστου ζεύγους μαύρων τρυπών.
Το σήμα αυτό, ονόματι GW190521, ήταν βραχύτερης διάρκειας και κορυφώθηκε σε χαμηλότερη συχνότητα από οποιοδήποτε άλλο σήμα συγχώνευσης μαύρων τρυπών που έχει παρατηρηθεί μέχρι σήμερα. Η χρονική διάρκεια που περνάει το σήμα ενός βαρυτικού κύματος στη ζώνη ευαισθησίας των Advanced Virgo και Advanced LIGO είναι αντιστρόφως ανάλογη της συνολικής μάζας του διπλού συστήματος.
Στην περίπτωση του GW190521 η διάρκεια αυτή ήταν μόλις 0.1 δεύτερόλεπτα περίπου, πολύ συντομότερη από την αντίστοιχη π.χ. του GW150914 – του πρώτου σήματος συγχώνευσης μαύρων τρυπών που ανιχνεύθηκε ποτέ. Ομοίως, η συχνότητα στην οποία το σήμα ενός συγχωνευόμενου διπλού συστήματος μαύρων τρυπών λαμβάνει τη μέγιστη τιμή του είναι επίσης αντιστρόφως ανάλογη της συνολικής μάζας του συστήματος. Στην περίπτωση του GW190521, η συχνότητα μεγίστου ήταν μόλις 60 Hz, επίσης πολύ χαμηλότερη αυτής του GW150914 που βρισκόταν στα 150 Hz. Επομένως ήταν προφανές εξ αρχής (βλ. Εικ. 1)
ότι οι ανιχνευτές LIGO και Virgo είχαν στα χέρια τους ένα πολύ μεγάλο ζεύγος μαύρων τρυπών. Η Εικόνα 2 δείχνει τις μετρήσεις των μαζών των μαύρων τρυπών που παρήγαγαν το GW190521. Η μεγαλύτερη των δύο μαύρων τρυπών είχε μάζα περίπου ίση με 85 φορές τη μάζα του Ήλιου (που συμβολίζουμε με MꙨ) ενώ η μικρότερη μαύρη τρύπα κατεγράφη κοντά στις 66 MꙨ. Και τα δύο αυτά σώματα είναι πολύ μαζικότερα από όλες τις συγχωνευόμενες μαύρες τρύπες που έχουν ανιχνευθεί από τους LIGO και Virgo εώς τώρα – ενώ ακόμα και η μικρότερη μαύρη τρύπα είναι ήδη μαζικότερη από πολλές από τις εναπομένουσες μαύρες τρύπες που σχηματίστηκαν κατά τις συγχωνεύσεις αυτές (βλ. Εικόνα 3). Για το GW190521, η εναπομένουσα μαύρη τρύπα μετά τη συγχώνευση “ζυγίζει” περίπου 142 MꙨ , μακράν στην κορυφή της λίστα με τις μεγαλύτερες μαύρες τρύπες LIGO-Virgo. Η εναπομένουσα μάζα είναι περίπου 8 MꙨ ελαφρύτερη από το σύνολο των μαζών των δύο μαύρων τρυπών που συγχωνεύτηκαν. Αυτή η διαφορά μάζας μετετράπη ακαριαία σε ενέργεια βαρυτικών κυμάτων
ΓΙΑΤΙ ΤΟ GW190521 ΕΙΝΑΙ ΤΟΣΟ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ;
Οι εξαιρετικά μεγάλες μάζες των μαύρων τρυπών που παρήγαγαν το GW190521 δεν είναι σημαντικές μόνο για μόστρα. Έρχονται να αμφισβητήσουν την κατανόησή μας σχετικά με το σχηματισμό μαύρων τρυπών και χρησιμεύουν ως μοναδικό φυσικό εργαστήριο για τη θεμελιώδη κατανόηση της βαρύτητας.
Αναπαράσταση χρόνου-συχνότητας των δεδομένων που εμπεριέχουν το σήμα GW190521, όπως παρατηρήθηκε από το LIGO Hanford (επάνω), LIGO Livingston (μέση) και Virgo (κάτω). Οι χρόνοι δίνονται ως προς τις 03:02:29 UTC της 21ης Μαΐου 2019. Η ενέργεια ενός στοιχείου χρόνου-συχνότητας δίνεται ως χρώμα όπως αναγράφεται στη χρωματική μπάρα. Προσέξτε την εξαιρετικά σύντομη διάρκεια του σήματος και τη συχνότητα κορύφωσής του περί τα 60 Hz.
Φτιάχνοντας Μεγάλες Μαύρες Τρύπες Οι αστρονόμοι κατηγοριοποιούν τις μαύρες τρύπες με βάση τη μάζα τους. Αυτό έχει νόημα γιατί μαύρες τρύπες σε διαφορετικά εύρη μαζών σχηματίζονται με πολύ διαφορετικούς τρόπους. Στα κέντρα των περισσότερων, αν όχι όλων των, γαλαξιών βρίσκονται “υπερμεγέθεις” μαύρες τρύπες με μάζες από εκατοντάδες χιλιάδες έως δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου.
Ο δικός μας Γαλαξίας έχει μία μαύρη τρύπα στο κέντρο του με μάζα περίπου ίση με 4 εκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου. Το πώς ακριβώς σχηματίζονται αυτές οι κτηνώδεις μαύρες τρύπες παραμένει ένα μυστήριο. Ωστόσο η διαδικασία αυτή πιθανότατα ξεκίνησε όταν το Σύμπαν ήταν πολύ νεότερο δίνοντας χρόνο στις μαύρες τρύπες να μεγαλώσουν σε τέτοια μεγέθη. Στο άλλο άκρο της κλίμακας μαζών βρίσκουμε “αστρικές” μαύρες τρύπες, που πιστεύουμε ότι σχηματίζονται με την κατάρρευση αστρικού πυρήνα μεγάλης μάζας, κατά την έκρηξη υπερκαινοφανών (supernova).
Το εύρος μαζών τους κυμαίνεται από μερικές έως δεκάδες φορές τη μάζα του Ήλιου, ενώ ζεύγη τέτοιων μαύρων τρυπών ευθύνονται για τις συγχωνεύσεις που έχουμε παρατηρήσει με τους ανιχνευτές Virgo και LIGO μέχρι στιγμής. Μεταξύ αστρικών και υπερμεγέθων μαύρων τρυπών βρίσκουμε το μυστηριώδες βασίλειο των “ενδιάμεσων” μαύρων τρυπών, με μάζες που κυμαίνονται από 100 έως περίπου 100.000 φορές τη μάζα του Ήλιου. Μέχρι στιγμής δεν υπάρχουν επιβεβαιωμένες παρατηρήσεις ενδιάμεσων μαύρων τρυπών, αλλά υπάρχει πλήθος διαφορετικών σεναρίων για το πώς θα μπορούσαν να σχηματιστούν. Ωστόσο, το κυνήγι ενδιάμεσων μαύρων τρυπών πρόσφατα ξεκίνησε στα σοβαρά, με τη βελτίωση των παρατηρησιακών δυνατοτήτων των τηλεσκοπίων και των ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων.
tinanantsou.blogspot.gr
Το σήμα αυτό, ονόματι GW190521, ήταν βραχύτερης διάρκειας και κορυφώθηκε σε χαμηλότερη συχνότητα από οποιοδήποτε άλλο σήμα συγχώνευσης μαύρων τρυπών που έχει παρατηρηθεί μέχρι σήμερα. Η χρονική διάρκεια που περνάει το σήμα ενός βαρυτικού κύματος στη ζώνη ευαισθησίας των Advanced Virgo και Advanced LIGO είναι αντιστρόφως ανάλογη της συνολικής μάζας του διπλού συστήματος.
Στην περίπτωση του GW190521 η διάρκεια αυτή ήταν μόλις 0.1 δεύτερόλεπτα περίπου, πολύ συντομότερη από την αντίστοιχη π.χ. του GW150914 – του πρώτου σήματος συγχώνευσης μαύρων τρυπών που ανιχνεύθηκε ποτέ. Ομοίως, η συχνότητα στην οποία το σήμα ενός συγχωνευόμενου διπλού συστήματος μαύρων τρυπών λαμβάνει τη μέγιστη τιμή του είναι επίσης αντιστρόφως ανάλογη της συνολικής μάζας του συστήματος. Στην περίπτωση του GW190521, η συχνότητα μεγίστου ήταν μόλις 60 Hz, επίσης πολύ χαμηλότερη αυτής του GW150914 που βρισκόταν στα 150 Hz. Επομένως ήταν προφανές εξ αρχής (βλ. Εικ. 1)
ότι οι ανιχνευτές LIGO και Virgo είχαν στα χέρια τους ένα πολύ μεγάλο ζεύγος μαύρων τρυπών. Η Εικόνα 2 δείχνει τις μετρήσεις των μαζών των μαύρων τρυπών που παρήγαγαν το GW190521. Η μεγαλύτερη των δύο μαύρων τρυπών είχε μάζα περίπου ίση με 85 φορές τη μάζα του Ήλιου (που συμβολίζουμε με MꙨ) ενώ η μικρότερη μαύρη τρύπα κατεγράφη κοντά στις 66 MꙨ. Και τα δύο αυτά σώματα είναι πολύ μαζικότερα από όλες τις συγχωνευόμενες μαύρες τρύπες που έχουν ανιχνευθεί από τους LIGO και Virgo εώς τώρα – ενώ ακόμα και η μικρότερη μαύρη τρύπα είναι ήδη μαζικότερη από πολλές από τις εναπομένουσες μαύρες τρύπες που σχηματίστηκαν κατά τις συγχωνεύσεις αυτές (βλ. Εικόνα 3). Για το GW190521, η εναπομένουσα μαύρη τρύπα μετά τη συγχώνευση “ζυγίζει” περίπου 142 MꙨ , μακράν στην κορυφή της λίστα με τις μεγαλύτερες μαύρες τρύπες LIGO-Virgo. Η εναπομένουσα μάζα είναι περίπου 8 MꙨ ελαφρύτερη από το σύνολο των μαζών των δύο μαύρων τρυπών που συγχωνεύτηκαν. Αυτή η διαφορά μάζας μετετράπη ακαριαία σε ενέργεια βαρυτικών κυμάτων
ΓΙΑΤΙ ΤΟ GW190521 ΕΙΝΑΙ ΤΟΣΟ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ;
Οι εξαιρετικά μεγάλες μάζες των μαύρων τρυπών που παρήγαγαν το GW190521 δεν είναι σημαντικές μόνο για μόστρα. Έρχονται να αμφισβητήσουν την κατανόησή μας σχετικά με το σχηματισμό μαύρων τρυπών και χρησιμεύουν ως μοναδικό φυσικό εργαστήριο για τη θεμελιώδη κατανόηση της βαρύτητας.
Αναπαράσταση χρόνου-συχνότητας των δεδομένων που εμπεριέχουν το σήμα GW190521, όπως παρατηρήθηκε από το LIGO Hanford (επάνω), LIGO Livingston (μέση) και Virgo (κάτω). Οι χρόνοι δίνονται ως προς τις 03:02:29 UTC της 21ης Μαΐου 2019. Η ενέργεια ενός στοιχείου χρόνου-συχνότητας δίνεται ως χρώμα όπως αναγράφεται στη χρωματική μπάρα. Προσέξτε την εξαιρετικά σύντομη διάρκεια του σήματος και τη συχνότητα κορύφωσής του περί τα 60 Hz.
Φτιάχνοντας Μεγάλες Μαύρες Τρύπες Οι αστρονόμοι κατηγοριοποιούν τις μαύρες τρύπες με βάση τη μάζα τους. Αυτό έχει νόημα γιατί μαύρες τρύπες σε διαφορετικά εύρη μαζών σχηματίζονται με πολύ διαφορετικούς τρόπους. Στα κέντρα των περισσότερων, αν όχι όλων των, γαλαξιών βρίσκονται “υπερμεγέθεις” μαύρες τρύπες με μάζες από εκατοντάδες χιλιάδες έως δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου.
Ο δικός μας Γαλαξίας έχει μία μαύρη τρύπα στο κέντρο του με μάζα περίπου ίση με 4 εκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου. Το πώς ακριβώς σχηματίζονται αυτές οι κτηνώδεις μαύρες τρύπες παραμένει ένα μυστήριο. Ωστόσο η διαδικασία αυτή πιθανότατα ξεκίνησε όταν το Σύμπαν ήταν πολύ νεότερο δίνοντας χρόνο στις μαύρες τρύπες να μεγαλώσουν σε τέτοια μεγέθη. Στο άλλο άκρο της κλίμακας μαζών βρίσκουμε “αστρικές” μαύρες τρύπες, που πιστεύουμε ότι σχηματίζονται με την κατάρρευση αστρικού πυρήνα μεγάλης μάζας, κατά την έκρηξη υπερκαινοφανών (supernova).
Το εύρος μαζών τους κυμαίνεται από μερικές έως δεκάδες φορές τη μάζα του Ήλιου, ενώ ζεύγη τέτοιων μαύρων τρυπών ευθύνονται για τις συγχωνεύσεις που έχουμε παρατηρήσει με τους ανιχνευτές Virgo και LIGO μέχρι στιγμής. Μεταξύ αστρικών και υπερμεγέθων μαύρων τρυπών βρίσκουμε το μυστηριώδες βασίλειο των “ενδιάμεσων” μαύρων τρυπών, με μάζες που κυμαίνονται από 100 έως περίπου 100.000 φορές τη μάζα του Ήλιου. Μέχρι στιγμής δεν υπάρχουν επιβεβαιωμένες παρατηρήσεις ενδιάμεσων μαύρων τρυπών, αλλά υπάρχει πλήθος διαφορετικών σεναρίων για το πώς θα μπορούσαν να σχηματιστούν. Ωστόσο, το κυνήγι ενδιάμεσων μαύρων τρυπών πρόσφατα ξεκίνησε στα σοβαρά, με τη βελτίωση των παρατηρησιακών δυνατοτήτων των τηλεσκοπίων και των ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων.
tinanantsou.blogspot.gr
VIDEO
ΜΟΙΡΑΣΤΕΙΤΕ
ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΟ ΑΡΘΡΟ
Γιατί οι οδηγοί της Amazon κρεμούν τα κινητά τηλέφωνα στα δέντρα;
ΕΠΟΜΕΝΟ ΑΡΘΡΟ
Θεσσαλονίκη: Έβαλαν φωτιά σε επαγγελματικό όχημα
ΣΧΟΛΙΑΣΤΕ
