gov-civil-vilareal.ptČasopriestorové otrasy: Astronómovia prvýkrát vidia, ako čierna diera žerie neutrónovú hviezdu
>Astronómovia vôbec prvýkrát zistili, že najstrašidelnejšia vec vo vesmíre žerie druhú najstrašidelnejšiu vec: čiernu dieru pohlcujúcu neutrónovú hviezdu.
Toto je súčasne jeden z najlepších a najchladnejších výsledkov výskumu, o ktorých som kedy písal. Zlúčenie týchto dvoch najhustších typov predmetov vo vesmíre vytvára a kolosálny výbuch, ktorý je však úplne temný. Jediný spôsob, ako to bolo zistené, pretože to doslova otriaslo tkaninou časopriestoru .
Ešte lepšie? Astronómovia zistili druhý len o desať dní neskôr.
Hrôzostrašné udalosti našli spolupráca LIGO-Panna , zariadenia určené na detekciu gravitačné vlny , skutočné zvlnenie v tkanive časopriestoru. Einstein predpovedal, že tieto vlny budú generované akoukoľvek hmotou, ktorá sa zrýchľuje, ale sú príliš malé na to, aby sa dali detegovať, pokiaľ predmet nie je masívny, hustý a akcelerovaný tvrdo.
Keď sa však čierne diery alebo neutrónové hviezdy spoja, objekty, ktoré majú priemer iba kilometre, ale hmotnosť sú rovnako veľké ako hviezdy, sa okolo seba zrýchlia rýchlosťou zdrvujúcou dušu, čo je dosť na to, aby sa vytvorili ostré gravitačné vlny. Tieto vlny sa šíria smerom von rýchlosťou svetla, ale so vzdialenosťou slabnú. Môžeme ich odhaliť zo vzdialenosti stoviek miliónov alebo miliárd svetelných rokov, ale vtedy už natoľko oslabili, že natiahnutie časopriestoru je extrémne malé, a preto boli predpovedané pred storočím, ale neboli prvýkrát zistené priamo do roku 2015 ( Podrobnosti o prvom významnom objave a o tom, ako to všetko funguje, nájdete v článku z tej doby).
Umelecké dielo zobrazujúce zlúčenie neutrónovej hviezdy (vpravo) s čiernou dierou (vľavo). Kredit: Carl Knox (OzGrav)
recenzia naruby a späť
Odvtedy boli pozorované desiatky udalostí, väčšinou sa spájajú páry čiernych dier, aj keď zlúčenia neutrónových hviezd boli pozorované dvakrát. Doteraz však neboli nikdy vidieť žiadne čierne diery, ktoré by jedli neutrónovú hviezdu - v skutočnosti v našej galaxii nebol nikdy detegovaný žiadny binárny systém čierna diera/neutrónová hviezda!
Udalosti boli zistené 5. januára 2020 a 15. januára 2020 a nazývajú sa GW200105_162426 a GW200115_042309 v tomto poradí ( GW pre gravitačnú vlnu, a potom sú čísla pre dátum a čas dňa, kedy boli zistené). Prvý (nazvime to GW200105) bol silný signál, ale zreteľne ho videl iba jeden z troch detektorov (druhý bol vtedy vypnutý a v treťom bol videný iba slabo). Druhý (GW200115) bol videný vo všetkých troch*.
Keď gravitačná vlna prejde Zemou, tvar a sila vĺn nám veľa napovedia o systéme, ktorý ich vytvoril. Obe udalosti boli štatisticky významné (čo znamená, že astronómovia si myslia, že sú skutočné) a v obidvoch prípadoch boli hmotnosti týchto dvoch zlúčených objektov dosť nízke.
Neutrónová hviezda je neuveriteľne malá a hustá a zabalí hmotu Slnka do gule s priemerom len niekoľko kilometrov. Toto umelecké dielo zobrazuje jedného v porovnaní s Manhattanom. Kredit: Goddardovo vesmírne letové stredisko NASA
Dve zložky, ktoré sa zlúčili v GW200105, mali hmotnosti 8,9 a 1,9 -násobok hmotnosti Slnka (s neistotami asi 1,3 a 0,3 -násobok hmotnosti Slnka). Prvá zložka je dobre zaradená do územia čiernej diery - myslíme si, že minimálna hmotnosť tohto druhu čiernej diery je asi 2,8 -násobok hmotnosti Slnka . Ten druhý, aj keď je pod touto hranicou, je takmer určite neutrónová hviezda : neuveriteľne husté jadro hmotnej hviezdy potom, čo hviezda explodovala ako supernova. Sféra neutrónia (ako sa táto hmota nazýva) o veľkosti gumovej gule by vážila toľko, koľko každý človek na Zemi dohromady .
To isté platí pre druhú udalosť, GW 200115: Hmotnosti sú 5,7 (± 2 alebo približne) a 1,5 (± 0,5 alebo približne) násobok hmotnosti Slnka. Takže opäť celkom jasne čierna diera a neutrónová hviezda.
Oba systémy začali život ako dve normálne, ale masívne hviezdy, ktoré navzájom obiehali. Jeden bol pravdepodobne 20 -krát hmotnejší ako hmotnosť Slnka. Jadrovým palivom prešlo rýchlo, pravdepodobne iba za niekoľko miliónov rokov. Potom sa zväčšilo do červenej superobrej hviezdy (ako Antares alebo Betelgeuse). Bola taká veľká, že pravdepodobne pohltila alebo takmer pohltila sprievodnú hviezdu a táto druhá hviezda by stiahla veľa hmoty z prvej hviezdy, čím by sa stala hmotnejšou.
Prvá hviezda potom explodovala a vytvorila čiernu dieru. Nakoniec vybuchla aj druhá hviezda a vytvorila neutrónovú hviezdu (alebo to v závislosti od počiatočných hmotností a rýchlosti toho, ako jeden stratil materiál k druhému, mohlo byť naopak). Tak či onak, zostala neutrónová hviezda obiehajúca okolo čiernej diery.
o čom je biela princezná
Ak by v systéme bola tretia hviezda, mohlo by to vykopnúť dve z nerovnováhy, čo by ich obehlo bližšie k sebe. Alebo je možné, že počas miliárd rokov tieto dve pri obehu emitovali slabé gravitačné vlny, strácali energiu a pomaly sa špirálovali. Tak či onak, nakoniec sa k sebe dostatočne priblížili a BANG. Čierna diera pohltila neutrónovú hviezdu.
Mimochodom, ak ste zvedaví: To, čo zostalo po tejto udalosti, je masívnejšia a väčšia čierna diera. To je súčasťou celej veci čiernej diery: Padnite a teraz ste súčasťou čiernej diery.
karta spravodlivosti v láske
Orbitálnu energiu takéhoto systému tesne pred týmto konečným okamihom je ťažké pochopiť. Krútia sa okolo seba dva objekty, ktorých celková hmotnosť je niekoľkokrát väčšia ako hmotnosť Slnka takmer rýchlosťou svetla. Keď sa tieto dve zlúčia, musí tá energia niekam ísť. Tam, kde to ide, je chvenie časopriestoru.
Keď sa to stane, časť hmotnosti systému sa premení priamo na energiu gravitačných vĺn. To je obrovské množstvo energie. V týchto dvoch nových prípadoch bolo niečo ako polovica hmotnosti Slnka premenené na energiu. Nezabudnite, že sa to deje pomocou rovnice E = mc^2 a rýchlosť svetla na druhú je veľmi, veľmi veľké číslo. Posledné chvíle trvali iba sekundy, ale množstvo vytvorenej energie bolo niečo ako 1 00 kvintiliónkrát väčšia ako celková svietivosť Slnka (10dvadsať) za rovnaký čas!
Napriek tomu bola takmer určite úplná tma. Nevyžarovalo sa vôbec žiadne svetlo (aspoň žiadny teleskop nevidel žiadny záblesk a žiadny sa nevyhnutne neočakával). Všetka energia putovala do gravitačných vĺn. Obe udalosti boli vzdialené zhruba miliardu svetelných rokov a v tejto obrovskej vzdialenosti signály výrazne oslabili. Kým sa sem dostali, sotva šepkali. Úprimne povedané, šepot v blízkosti detektorov by spôsobil oveľa väčší signál ako tieto udalosti.
Fúzie, ako sú tieto, sú dôležité, pretože v skutočnosti úplne nerozumieme tomu, ako vzniká systém čiernych dier a neutrónových hviezd alebo ako sa vyvíja v priebehu času. Už len to, že vidíme tieto udalosti, nám hovorí, že tieto binárne systémy existujú - dobrý začiatok - a tiež to, ako často sa dejú v našom miestnom objeme priestoru (od týchto by sme očakávali zhruba jednu fúziu každý týždeň niekde do 2 miliárd svetelných rokov od nás). Ak sa zistí viac, pomôže to astronómom zistiť, ako sa tieto masívne hviezdne dvojhviezdy správajú.
Čo je skvelé! Pokiaľ sú ďaleko. Tento druh udalosti je pre mňa v poriadku, keď sa stane v inej galaxii. Aj bližší by bol v pohode, získať lepší signál a byť schopný ho lepšie analyzovať. Ale keď jedno kozmické monštrum žerie druhé, aké je úžasné a chladné, zisťujem, že mi nevadí mať sedadlo s krvácaním z nosa.
* V roku 2019 bola zaznamenaná podobná udalosť, kde sa masívna čierna diera spojila s pravdepodobne veľmi nízkou hmotnosťou čiernej diery. Je možné, že druhý objekt bol extrémne hmotnou neutrónovou hviezdou, ale dosť nepravdepodobný.
