RU

Пять необычных фактов о черных дырах, которые «увидела» обсерватория LIGO

Пять необычных фактов о черных дырах, которые «увидела» обсерватория LIGO
Просмотр: 10 020
03 декабря 2019

Zamona.NET

14 сентября 2015 года, всего через несколько дней после первого включения LIGO, через Землю прошла гравитационная волна. Подобно миллиардам подобных волн, которые проходили через Землю на протяжении ее истории, эта была порождена закручиванием, слиянием и столкновением двух массивных сверхдалеких объектов далеко за пределами нашей галактики. С расстояния более миллиарда световых лет мы получили сигнал о слиянии двух черных дыр. Сигнал, двигаясь на скорости света, наконец-то достиг Земли.

С воздуха LIGO выглядит так.

И в этот раз мы были готовы. Двойные детекторы LIGO увидели, как их рукава расширились и сжались на субатомную величину, но этого было достаточно для того, чтобы лазерный луч сдвинулся и произвел очевидное изменение интерференционной картинки. Впервые мы обнаружили гравитационную волну. Три года спустя мы уже обнаружили одиннадцать таких, десять из которых пришли от черных дыр. Вот, что мы узнали.

Было два «прогона» данных LIGO: первый с 12 сентября 2015 года по 19 января 2016 года и второй, с улучшенной чувствительностью, с 30 ноября 2016 года по 25 августа 2017 года. Последний запуск, в частности, проходил совместно с детектором VIRGO в Италии, который добавил не только третий детектор, но и значительно улучшил нашу способность отмечать место появления этих гравитационных волн. LIGO в настоящее время не работает, закрыта на ремонт с обновлениями, которые сделают ее еще более чувствительной. Новый сеанс сбора данных должен начаться весной 2019 года.

На первый взгляд немного непонятные данные.

30 ноября научная коллаборация LIGO обнародовала результаты своего улучшенного анализа, который чувствителен к последним стадиям слияния объектов с массой от 1 до 100 солнечных.

Из 11 обнаружений, которые были сделаны к настоящему времени, 10 представляют слияния черных дыр, и только GW170817 представляет слияние нейтронных звезд. Слияние нейтронных звезд происходило ближе всех к нам — всего в 130-140 миллионах световых лет. Самое массивное слияние — GW170729 — мы услышали с расстояния в 9 миллиардов лет.

Два этих обнаружения представляют также самое легкое и самое тяжелое слияние с образованием гравитационных волн: в GW170817 столкнулись нейтронные звезды массой в 1,46 и 1,27 солнечных, а в GW170729 столкнулись черные дыры с массой в 50,6 и 34,3 солнечных масс.

Вам будет интересно: В нашей галактике обнаружена черная дыра, которая не должна существовать

Перед вами пять удивительных фактов, которые мы узнали, благодаря всем этим обнаружениям.

Содержание

1 Большое не всегда видно лучше 2 Чем больше детекторов, тем лучше 3 Слияние черных дыр озаряет Вселенную 4 Генераторы энергии 5 Как сделать больше новых открытий

Большое не всегда видно лучше

Самые большие слияние черных дыр проще всего увидеть — и они не больше 50 солнечных масс. Гравитационные волны хороши тем, что их проще разглядеть издалека, чем источник света. Свет теряет яркость пропорционально квадрату расстояния: звезда, которая в десять раз дальше, будет в сто раз тусклее. Но гравитационные волны затухают прямо пропорционально расстоянию: черные дыры, которые будут на таком расстоянии, произведут 1/10, а не 1/100 силу сигнала.

В результате этого мы можем увидеть очень массивные объекты на очень больших расстояниях, но при этом не видим черных дыр, сливающихся при 75, 100, 150 или 200+ солнечных массах. От 20 до 50 солнечных масс — вполне распространены, но выше этого мы пока ничего не видели. Возможно, черные дыры, рождающиеся из сверхмассивных звезд действительно являются редкостью.

Чем больше детекторов, тем лучше

Добавление третьего детектора одновременно улучшает способность определять позиции объектов и увеличивает частоту обнаружения. LIGO проработала около 4 месяцев во время первого запуска и 9 месяцев во время второго. Тем не менее, половина их обнаружений пришлась на последний месяц: вместе с ней работала VIRGO. В 2017 году гравитационно-волновые события были обнаружены в эти дни:

29 июля (черные дыры солнечных масс 50.6 и 34.3), 9 августа (черные дыры солнечных масс 35.2 и 23.8), 14 августа (черные дыры солнечных масс 30.7 и 25.3), 17 августа (нейтронные звезды солнечных масс 1.46 и 1.27), 18 августа (черные дыры солнечных масс 35.5 и 26.8), 23 августа (черные дыры солнечных масс 39.6 и 29.4).

Во время этого последнего месяца наблюдений мы находили слияния чаще, чем раз в неделю. Может быть, когда мы станем чувствительными к большим расстояниям и сигналам меньших амплитуд и масс, мы начнем видеть по одному событию в день в 2019 году.

Слияние черных дыр озаряет Вселенную

Когда черные дыры, которые мы находили, сталкивались, они высвобождали больше энергии на пике, чем все звезды во Вселенной вместе взятые. Наше Солнце — это стандарт, который формирует наш взгляд на остальные звезды. Оно сияет настолько ярко, что его общая выработка энергии — 4 х 1026 Вт — эквивалентна превращению четырех миллионов тонн материи в чистую энергию ежесекундно.

Все данные свели в таблицу.

При оценке ~1023 звезд в наблюдаемой Вселенной, общая выходная мощность всех звезд, сияющих в небе, превышает 1049 Вт в любой момент времени: огромное количество энергии распространяется по всему космосу. Но в течение нескольких миллисекунд во время пика слияния двойных черных дыр, каждое из 10 наблюдаемых событий, с точки зрения энергии, затмило все звезды во Вселенной вместе взятые. (Хотя это количество относительно небольшое). Неудивительно, что самые массивные слияния возглавили этот список.

Вам будет интересно: Насколько маленькой может быть черная дыра?

Генераторы энергии

Порядка 5% общей массы обеих черных дыр преобразовалось в чистую энергию по формуле Эйнштейна E = mc2 во время этих слияний. Рябь в космосе, которую производят эти слияния черных дыр, должна откуда-то получать энергию и каким-то образом должна исходить из массы самих сливающихся черных дыр. В среднем, исходя из величины сигналов гравитационных волн, которые мы видели, и восстановленных расстояний до них, черные дыры теряют около 5% своей общей массы, которая превращается в гравитационно-волновую энергию, при слиянии.

GW170608, слияние черных дыр с самой низкой массой, преобразовало 0,9 солнечной массы в энергию. GW150914, первое сияние черных дыр, преобразовало 3,1 солнечной массы в энергию. GW170729, самое массивное слияние черных дыр, преобразовало 4,8 солнечной массы в энергию.

Эти события, порождающие рябь в пространстве-времени, представляют собой самые энергичные события, известные со времен Большого Взрыва. Они производят больше энергии, чем любое слияние нейтронных звезд, гамма-всплески или сверхновые.

Как сделать больше новых открытий

Со всем, что мы к настоящему времени увидели, можно ожидать, что мы увидим слияния черных дыр с меньшей массой и большей частотой. Самые массивные слияния черных дыр производят сигналы с самой большой амплитудой, поэтому их легче всего обнаружить. Но с учетом того, как связаны объем и расстояние, вдвое большая дистанция означает в восемь раз больший объем. Чем чувствительнее становится LIGO, тем легче обнаруживать массивные объекты на больших расстояниях, нежели маломассивные объекты поблизости.

Обнаружение объектов на больших расстояниях очень важно для науки.

Мы знаем, что существуют черные дыры в 7, 10, 15 или 20 солнечных масс, но LIGO проще обнаружить более массивную черную дыру подальше. Мы ожидаем, что существуют двойные черные дыры с несовпадающими массами: одна из них будет гораздо массивнее другой. По мере того, как улучшается наша чувствительность, мы ожидаем, что их будет больше, но проще всего будет найти самые массивные. Мы ожидаем, что самые массивные из них будут доминировать в первых обнаружениях, так же, как «горячие юпитеры» доминировали в первых поисках экзопланет. По мере того, как мы будем улучшать процесс поиска, мы будем находить больше черных дыр с меньшей массой.

Когда было объявлено об обнаружении первой гравитационной волны, вместе с этим родилась гравитационно-волновая астрономия. Люди сравнивали это событие с тем, когда Галилей впервые направил свой телескоп на небеса, однако в действительности это намного большее. Как будто наши небеса были покрыты облаками, и мы впервые разработали устройство, позволяющее увидеть сквозь них достаточно яркий источник гравитации: слияние черных дыр или нейтронных звезд. Будущее гравитационно-волновой астрономии обещает перевернуть наше представление о Вселенной, показать ее в новом свете. И это будущее уже прибыло.

Готовы пожинать его плоды? Расскажите в нашем чате в Телеграме.


Видео, клип : Пять необычных фактов о черных дырах, которые «увидела» обсерватория LIGO



Пять необычных фактов о черных дырах, которые «увидела» обсерватория LIGO, Космос, электромобили, Tesla, Илон Маск, наука, медицина, запуск ракет, покорение Марса, обитаемые миры, марсоход, научные открытия,Пять необычных фактов о черных дырах, которые «увидела» обсерватория LIGO,14 сентября 2015 года, всего через несколько дней после первого включения LIGO, через Землю прошла гравитационная волна. Подобно миллиардам подобных волн, ко..., 14 сентября 2015 года, всего через несколько дней после первого включения LIGO, через Землю прошла гравитационная волна. Подобно миллиардам подобных волн, ко... : Пять необычных фактов о черных дырах, которые «увидела» обсерватория LIGO , читать онлайн - Космос, электромобили, Tesla, Илон Маск, наука, медицина, запуск ракет, покорение Марса, обитаемые миры, марсоход



Рекомендованные

LIGO обнаружила второй источник гравитационных волн
17 июня 2016
LIGO обнаружила второй источник гравитационных волн, Космос, электромобили, Tesla, Илон Маск,
Слабые гравитационные волны могут скоро появиться на радаре LIGO
07 апреля 2016
Слабые гравитационные волны могут скоро появиться на радаре LIGO, Космос, электромобили, Tesla,
Чёрные дыры-близнецы, обнаруженные LIGO, могли родиться внутри одной звезды
24 февраля 2016
Чёрные дыры-близнецы, обнаруженные LIGO, могли родиться внутри одной звезды, Космос, электромобили,
Впервые зафиксированы гравитационные волны от слияния черной дыры и нейтронной звезды
03 мая 2019
Впервые зафиксированы гравитационные волны от слияния черной дыры и нейтронной звезды, Космос,
В нашей галактике может быть 100 миллионов черных дыр
15 августа 2017
В нашей галактике может быть 100 миллионов черных дыр, Космос, электромобили, Tesla, Илон Маск,
Возможно, обнаружена гравитационная волна нового типа
24 августа 2017
Возможно, обнаружена гравитационная волна нового типа, Космос, электромобили, Tesla, Илон Маск,
Третье обнаружение LIGO показало, как рождаются двойные черные дыры
03 июня 2017
Третье обнаружение LIGO показало, как рождаются двойные черные дыры, Космос, электромобили, Tesla,
LIGO заподозрила, что черные дыры излучают свет
23 марта 2020
LIGO заподозрила, что черные дыры излучают свет, Космос, электромобили, Tesla, Илон Маск, наука,
Ученые обнаружили неизвестный источник гравитационных волн
16 января 2020
Ученые обнаружили неизвестный источник гравитационных волн, Космос, электромобили, Tesla, Илон
Будущее гравитационно-волновой астрономии: какое оно?
07 июля 2016
Будущее гравитационно-волновой астрономии: какое оно?, Космос, электромобили, Tesla, Илон Маск,
Ученые возобновили поиск гравитационных волн при помощи улучшенных детекторов
31 марта 2019
Ученые возобновили поиск гравитационных волн при помощи улучшенных детекторов, Космос,
Физики объявили об обнаружении гравитационных волн
11 февраля 2016
Физики объявили об обнаружении гравитационных волн, Космос, электромобили, Tesla, Илон Маск, наука,
svg_pause svg_search