Susidūrimas Juodojoje skylėje galėjo pernešti nematomą bedugnę per kosmosą


Pastarąsias kelias dienas mes visi buvome žiopsodamas per šlovingą naują įvaizdį mūsų Paukščių Tako juodosios skylės. Tačiau akimirką galbūt norėsite stabtelėti ir pagerbti vienišą prarają visoje visatoje, kuri galėjo būti paleista iš savo galaktikos.

Ketvirtadienį – tą pačią dieną „Event Horizon Telescope Collaboration“. atnešė mums visceralų Šaulio A* paveikslą – Astronomai paskelbė, kad kažkur kosmose dvi juodosios skylės galėjo susijungti su pakankamai jėgos, kad tiesiogine prasme susidariusią tuštumą išstumtų iš akių.

Taip, tai reiškia, kad šiuo metu visatoje gali slysti siaubinga bedugnė. Bet nepanikuokite.

“Kosmosas yra neįtikėtinai didžiulė. Tikimybė, kad juodoji skylė pateks į ką nors kita, yra labai maža”, – sakė Alberto Einšteino instituto doktorantas Vijay Varma ir pagrindinis tyrimo apie paliktą tuštumą autorius. paskelbtas gegužės 12 d. Physical Review Letters. „Praktiškai kalbant, tai tik laisva juodoji skylė, kuri nieko nepadarys.

Ir, pasak Varmos, yra didelė tikimybė, kad šis susijungimas, pavadintas GW200129, tik pusiau susprogdino juodąją skylę iš savo namų. „Nežinoma, ar juodoji skylė būtinai buvo išstumta iš jos priimančiosios galaktikos“, – sakė jis. „Galime drąsiau pasakyti, kad jei juodoji skylė susiformavo šiuose žvaigždžių spiečiuose, vadinamuose rutuliniais spiečiais… labai tikėtina, kad ji buvo išstumta iš spiečiaus.

Kitaip tariant, užgesusi bedugnė galėjo apeiti visišką izoliaciją, bet beveik neabejotinai tai vyksta tam tikroje itin greitoje kosminėje kelionėje.

Prarastos tuštumos kelionė

Erdvė yra išmarginta galaktikų, tokių kaip mūsų Paukščių Takas, o galaktikos yra išmargintos žvaigždėmis kaip mūsų saulė.

Kai viena iš tų žvaigždžių sprogsta ir visa jos materija virsta vienareikšmiu tašku, juodoji skylė yra suformuotas. Ir kartais yra tarpgalaktinių regionų, kur žvaigždės telkiasi kartu, todėl padidėja juodosios skylės vakarėlio tikimybė. Tos besimaišančios juodosios skylės kartais patenka į valsą šio pavojingo susibūrimo metu ir sudaro vadinamąją dvejetainę juodųjų skylių sistemą, o tai reiškia, kad dvi iš jų yra uždarytos orbitoje. Ilgainiui tos orbitos linkusios susidurti ir priverčia susilieti šokančias bedugnes.

GW200129 stropiai atliko visus tuos žingsnius ir dėka novatoriškumo Lazerinis interferometras Gravitacinių bangų observatorijaarba LIGO, mokslininkai neseniai užfiksavo susijungimo įplaukas gravitacinių bangų pavidalu.

Tačiau Varma ir jo komanda norėjo sekti GW200129 kelionę net už kolosalios sintezės, kuri raibuliavo erdvės ir laiko audinyje. Dešimtmečius, pasak Varmos, ekspertai manė, kad tokios erdvę draskančios juodųjų skylių sąjungos gali sukurti savotišką atatranką, vadinamą greičio „spyruokliu“.

Štai kas tai yra.

Fizikos dėsniai sako, kad kai kurie du objektai susimuša jų pagreitis turi būti išsaugotas. Gautas elementas turi išlaikyti ankstesnį dviejų sumos greitį arba greitį ir toliau judėti grynąja jėga. Manoma, kad juodosios skylės laikosi tos pačios taisyklės, taip „išmušdamos“ susiliejimo susidariusią tuštumą į išorę tam tikru greičiu arba smūgio greičiu. Tai panašu į tai, kaip vaizdo žaidime šaudant iš ginklo atsiranda atatranka, dėl kurios sunkiau pataikyti į taikinį, nes jis stumdo jūsų veikėją. Tolesnis judėjimas vyksta dėl impulso išsaugojimo.

Jei juodosios skylės smūgio greitis atitinka vadinamąjį galaktikos „pabėgimo greitį“, tiesiog greitį, kurio reikia norint išeiti iš galaktikos, ji išeitų iš galaktikos.

Ir apskaičiavę GW200129 greičio „spyrį“, Varma ir jo komanda pamatė, kad jis iš tikrųjų atitinka savo žvaigždžių spiečiaus pabėgimo greitį. “Jei norite būti tikslesni, – pažymėjo jis, – tai tikrai nepabėgs. 99,5% tikimybė pabėgti.”

„Idėja, kad šios juodosios skylės gali įsibėgėti tūkstančius kilometrų per sekundę, buvo žinomos maždaug nuo 2007 m.“, – pridūrė Varma. “Tačiau tai pirmas kartas, kai galime tai pamatyti iš gravitacinių bangų.”

Komanda teigia, kad GW200129 tikriausiai net atitinka pabėgimo greičio kriterijus, kad išsistumtų iš visos galaktikos, kurioje gyvena. Tačiau „negalime nustatyti, iš kurios galaktikos ar galaktikų spiečiaus ji atsirado“, – sakė Varma, todėl ši dalis vis dar neaiški. Jis suteikia maždaug 85 % tikimybę, kad susijungimas pabėgs iš į Paukščių Taką panašios karalystės, atsižvelgiant į kontekstą, tačiau teigia, kad mažesnė tikimybė, kad ji pabėgs iš elipsės formos galaktikos, nes tokių kosminių rajonų pabėgimo greitis yra tikrai didelis.

„Iš tikrųjų tai bandėme prieš dvejus metus“, – sakė jis. “Buvo šiek tiek apmaudu matyti, kad nė vienas iš signalų nerodė jokio išmatuojamo smūgio greičio. Pagaliau pamatyti, kad tai įvyksta, buvo labai malonu, o mūsų aikštei apskritai tai buvo labai ilgas laikas.”

Juodosios skylės fizikos permąstymas

„Jei pastebėsime, kad tokie dideli smūgiai yra labai dažni, tikėtume, kad juodosios skylės po pirmojo susijungimo neliks“, – sakė Varma. Ir tai, anot jo, prieštarautų vienai iš pagrindinių teorijų, kodėl kai kurios juodosios skylės yra tikrai sunkios.

Kompiuterinis modeliavimas parodė, kad supernovos neturėtų sukurti juodųjų skylių, kurių masė yra maždaug 45–60 kartų didesnė už mūsų saulės masę. Tačiau Varma paaiškino: „LIGO ir Mergelė iš tikrųjų rado tokias juodąsias skyles“.

– Iš kur jie atsirado? buvo svarbus astronomų klausimas.

Vienas iš siūlomų mechanizmų yra vėlesni juodųjų skylių susijungimai, nes susijungus juodosioms skylėms, gaunama visada yra didesnė. Įsivaizduokite, kad burbulai susijungia į didesnius burbulus. Galbūt su juodosiomis skylėmis atsiranda kažkoks burbulo efektas.

burbuliukai

Pagalvokite, kaip burbulai gali susijungti, kad susidarytų didesni burbuliukai. Tada juos galima sujungti, kad susidarytų dar didesni burbuliukai. Mokslininkai teigia, kad juodosios skylės taip pat gali tai padaryti.

Getty Images

Tačiau, kaip paaiškino Varma, jei juodoji skylė, atsiradusi dėl susijungimo, būtų išstumta iš galaktikos ar net žvaigždžių spiečiaus, greičiausiai ji nebegalės susilieti. Tai būtų…kaip prarasta. „Gali tekti permąstyti savo astrofizinius modelius“, – sakė jis, jei itin dideli juodųjų skylių susijungimo greičiai yra visur.

Nesąžiningos supermasyvios juodosios skylės?

Iki šiol, kalbant apie smūgio greitį, mes kalbėjome apie juodąsias skyles, kurios nelaikomos supermasyviomis. Supermasyvios juodosios skylės yra tarsi varikliai, kurie palaiko mūsų visatą ir sutvirtina kiekvieną galaktikos rajoną. Pavyzdžiui, SgrA*, kuri įtvirtina mūsų galaktiką, yra didžiulė tuštuma.

Tai kelia stresą keliantį klausimą: ar galaktikų susiliejimas, dar žinomas kaip supermasyvių juodųjų skylių susiliejimas, gali sukelti greitį?

viena šalia kitos-juodosios skylės

Šalia M87* juodosios skylės, pavaizduotos 2019 m., ir SgrA*, nufotografuotos šiais metais.

EHT bendradarbiavimas

„Tokioje situacijoje galutinė juodoji skylė iš tikrųjų gali būti išstumta iš visos galaktikos arba pasislinkti iš jos centro“, – sakė Varma. „Tai gali sukelti, pavyzdžiui, galaktikas be centrinių supermasyvių juodųjų skylių. Tačiau mes vis dar neturime konkrečių tokio incidento įrodymų.

Ir jei vis dar yra jūsų dalis, kuri įstrigo dėl to, kad juodoji skylė teka per kosmosą dėl tikimybės, kad ji sprogs į Paukščių Taką, naujojo tyrimo tyrimo grupė siūlo papildomą palengvėjimą. “Manęs dažnai užduoda šį klausimą, – sakė Varma, – ar turėtume tikėtis juodųjų skylių orų prognozėse. Bet, turiu omenyje, mes taip pat galėjome išmatuoti greičio kryptį.”

“Ir šiuo konkrečiu atveju tai iš tikrųjų nukreipta nuo mūsų.”