Yeni bir uzay görevi fizikçilerin kara deliklerle ilgili ‘kıllı’ soruları yanıtlamasına yardımcı olabilir

Fizikçiler kara deliklerin var olan en gizemli nesnelerden biri olduğunu düşünüyor. İronik bir şekilde, aynı zamanda en basitlerinden biri olarak kabul ediliyorlar. Yıllarca, benim gibi fizikçiler kara deliklerin göründüklerinden daha karmaşık olduğunu kanıtlamaya çalışıyorlar. Ve yeni onaylanmış LISA adlı Avrupa uzay misyonu bu avda bize yardım edecek.

1970’lerden araştırmalar bir kara deliği yalnızca üç fiziksel özelliği (kütle, yük ve dönüş) kullanarak kapsamlı bir şekilde tanımlayabileceğinizi öne sürüyor. Ölmekte olan bu devasa yıldızların ayrıntılı bileşimleri, yoğunlukları ve sıcaklık profilleri gibi diğer tüm özellikleri, kara deliğe dönüştüklerinde ortadan kayboluyor. İşte bunlar bu kadar basit.

Kara deliklerin yalnızca üç özelliğe sahip olduğu fikrine “saçsızlık” teoremi adı veriliyor ve bu da onları karmaşık hale getiren “tüylü” ayrıntılara sahip olmadıklarını ima ediyor.

Kıllı kara delikler mi?

Onlarca yıldır, astrofizik camiasındaki araştırmacılar, potansiyel kıllı kara delik senaryolarını ortaya çıkarmak için saçsızlık teoreminin varsayımlarındaki boşluklardan veya geçici çözümlerden yararlandılar. Kıllı bir kara delik, bilim adamlarının prensipte ölçebileceği, kütlesinin, yükünün veya dönüşünün ötesinde fiziksel bir özelliğe sahiptir. Bu özellik, yapısının kalıcı bir parçası olmalıdır.

Yaklaşık on yıl önce, Stefanos AretakisŞu anda Toronto Üniversitesi’nde fizikçi olan fizikçi, tutabileceği maksimum yükü içeren (ekstrem yüklü kara delik olarak adlandırılan) bir kara deliğin, ufkunda “saç” oluşturacağını matematiksel olarak gösterdi. A kara deliğin ufku onu geçen hiçbir şeyin, hatta ışığın bile kaçamayacağı sınırdır.

Aretakis’in analizi daha ziyade oldukça basitleştirilmiş bir fiziksel senaryo kullanan bir düşünce deneyiydi, dolayısıyla bilim adamlarının astrofiziksel olarak gözlemlemeyi beklediği bir şey değil. Ancak aşırı yüklü kara delikler saça sahip olabilecek tek tür olmayabilir.

Yıldızlar ve gezegenler gibi astrofiziksel nesnelerin döndüğü bilindiğinden, bilim insanları bunu bekliyor kara delikler de dönecektinasıl oluştuklarına bağlı olarak. Astronomik kanıt Araştırmacılar astrofiziksel bir kara delik için tipik dönüş değerinin ne olduğunu bilmese de, kara deliklerin dönüşe sahip olduğunu gösterdi.

Ekibim yakın zamanda bilgisayar simülasyonlarını kullanarak benzer saç türlerini keşfetti maksimum hızda dönen kara deliklerde. Bu saç, uzay-zamanın ufuktaki eğriliğinin değişim hızıyla veya eğimiyle ilgilidir. Ayrıca bir kara deliğin saça sahip olması için maksimum derecede dönmesi gerekmediğini de keşfettik; bu önemli çünkü bunlar Maksimum düzeyde dönen kara delikler muhtemelen oluşmuyor doğada.

Saçı tespit etme ve ölçme

Ekibim bu saçı potansiyel olarak ölçmenin bir yolunu geliştirmek istiyordu; kütlesinin, dönüşünün ve yükünün ötesinde bir kara deliği karakterize edebilecek yeni bir sabit özellik. Böyle yeni bir mülkün nasıl bir iz bırakabileceğini araştırmaya başladık. yerçekimsel dalganın imzası hızla dönen bir kara delikten yayılıyor.

A yerçekimi dalgası uzay-zamanda genellikle evrendeki şiddetli astrofiziksel olayların neden olduğu küçük bir rahatsızlıktır. Kara delikler ve nötron yıldızları gibi kompakt astrofiziksel nesnelerin çarpışması güçlü yerçekimi dalgaları yayar. Yerçekimi gözlemevlerinden oluşan uluslararası bir ağ Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi Amerika Birleşik Devletleri’nde rutin olarak bu dalgaları tespit ediyor.

Son çalışmalarımız, bu kıllı niteliklerin yerçekimsel dalga verilerinden ölçülebileceğini gösteriyor hızlı dönen kara delikler için. Yerçekimi dalgası verilerine bakmak, kara deliğin bu tür saçlara sahip olup olmadığını gösterebilecek bir tür imza için bir fırsat sunuyor.

Devam eden çalışmalarımız Ekipteki bir öğrenci olan Som Bishoyi tarafından kaydedilen son gelişmeler, hızlı dönen kara deliklerin teorik ve hesaplamalı modellerinin bir karışımına dayanıyor. Bulgularımız henüz sahada test edilmedi veya uzaydaki gerçek kara deliklerde gözlemlenmedi. Ancak bunun yakında değişeceğini umuyoruz.

LISA onay aldı

Ocak 2024’te Avrupa Uzay Ajansı, uzay tabanlı uzay tabanlı sistemi resmen kabul etti. Lazer İnterferometre Uzay Anteni, veya LISA, görev. LISA yerçekimsel dalgaları arayacak ve görevden elde edilen veriler ekibime zorlu kara delik sorularımızda yardımcı olabilir.

Resmi benimseme, projenin devam etme hakkı var 2035’te planlanan lansmanla inşaat aşamasına geçilecek. LISA şunlardan oluşur: üç uzay aracı Güneşin etrafında Dünya’nın arkasında kalacak mükemmel bir eşkenar üçgen şeklinde yapılandırılmıştır. Uzay araçlarının her biri 1,6 milyon mil (2,5 milyon kilometre) aralıklıve birbirleri arasındaki mesafeyi bir inçin milyarda birine kadar ölçmek için lazer ışınlarını değiştirecekler.

LISA, güneşimizden milyonlarca, hatta milyarlarca kat daha büyük olan süper kütleli kara deliklerden gelen yerçekimi dalgalarını tespit edecek. Dönen kara deliklerin etrafındaki uzay-zamanın bir haritasını oluşturacak ve bu, fizikçilerin kara deliklerin yakın çevresinde yerçekiminin nasıl çalıştığını benzeri görülmemiş bir doğrulukla anlamalarına yardımcı olacak. Fizikçiler LISA’nın kara deliklerin sahip olabileceği kıllı nitelikleri de ölçebileceğini umuyor.

İle LIGO yeni gözlemler yapıyor Her gün ve LISA’nın kara deliklerin etrafındaki uzay-zamana bir bakış sunması, şimdi bir kara delik fizikçisi olmak için en heyecan verici zamanlardan biri.

Bu makale şuradan yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altındadır. Okumak orijinal makale.