Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Astronomi

En ny rummission kan hjælpe fysikere med at besvare behårede spørgsmål om sorte huller

En illustration af et supermassivt sort hul. Kredit:NASA/JPL

Fysikere betragter sorte huller som et af de mest mystiske objekter, der findes. Ironisk nok betragtes de også som en af ​​de enkleste. I årevis har fysikere som mig søgt efter at bevise, at sorte huller er mere komplekse, end de ser ud til. Og en nyligt godkendt europæisk rummission kaldet LISA vil hjælpe os med denne jagt.



Forskning fra 1970'erne tyder på, at du udførligt kan beskrive et sort hul ved kun at bruge tre fysiske egenskaber - deres masse, ladning og spin. Alle de andre egenskaber ved disse massive døende stjerner, som deres detaljerede sammensætning, tæthed og temperaturprofiler, forsvinder, når de forvandles til et sort hul. Så enkle er de.

Ideen om, at sorte huller kun har tre egenskaber, kaldes "no-hair"-sætningen, hvilket antyder, at de ikke har nogen "behårede" detaljer, der gør dem komplicerede.

Hårede sorte huller?

I årtier har forskere i det astrofysiske samfund udnyttet smuthuller eller work-arounds inden for no-hair-sætningens antagelser for at komme med potentielle behårede sorte hul-scenarier. Et behåret sort hul har en fysisk egenskab, som videnskabsmænd kan måle - i princippet - som er ud over dets masse, ladning eller spin. Denne ejendom skal være en permanent del af dens struktur.

For omkring et årti siden viste Stefanos Aretakis, en fysiker i øjeblikket ved University of Toronto, matematisk, at et sort hul, der indeholder den maksimale ladning, det kunne holde - kaldet et ekstremt ladet sort hul - ville udvikle "hår" ved sin horisont. Et sort huls horisont er grænsen, hvor alt, der krydser det, selv lys, ikke kan undslippe.

Sorte huller er massive, mystiske astronomiske objekter.

Aretakis' analyse var mere et tankeeksperiment, der brugte et meget forenklet fysisk scenarie, så det er ikke noget, videnskabsmænd forventer at observere astrofysisk. Men superladede sorte huller er måske ikke den eneste slags, der kunne have hår.

Da astrofysiske objekter som stjerner og planeter vides at spinde, forventer forskerne, at sorte huller også vil spinde, baseret på hvordan de dannes. Astronomiske beviser har vist, at sorte huller har spin, selvom forskerne ikke ved, hvad den typiske spin-værdi er for et astrofysisk sort hul.

Ved hjælp af computersimuleringer har mit team for nylig opdaget lignende typer hår i sorte huller, der spinder med maksimal hastighed. Dette hår har at gøre med ændringshastigheden eller gradienten af ​​rum-tids krumning i horisonten. Vi opdagede også, at et sort hul faktisk ikke behøvede at være maksimalt snurrende for at få hår, hvilket er vigtigt, fordi disse maksimalt spinnende sorte huller sandsynligvis ikke dannes i naturen.

Detektering og måling af hår

Mit team ønskede at udvikle en måde at potentielt måle dette hår – en ny fast egenskab, der kunne karakterisere et sort hul ud over dets masse, spin og ladning. Vi begyndte at undersøge, hvordan sådan en ny egenskab kunne efterlade en signatur på en gravitationsbølge, der udsendes fra et hurtigt roterende sort hul.

En gravitationsbølge er en lille forstyrrelse i rum-tid, typisk forårsaget af voldsomme astrofysiske begivenheder i universet. Kollisionerne af kompakte astrofysiske objekter som sorte huller og neutronstjerner udsender stærke gravitationsbølger. Et internationalt netværk af gravitationsobservatorier, herunder Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory i USA, registrerer rutinemæssigt disse bølger.

LISA-rumfartøjerne observerer gravitationsbølger fra en fjern kilde, mens de kredser om solen. Kredit:Simon Barke/Univ. Florida, CC BY

Vores nylige undersøgelser tyder på, at man kan måle disse behårede attributter fra gravitationsbølgedata for hurtigt-spinende sorte huller. At se på gravitationsbølgedataene giver mulighed for en slags signatur, der kunne indikere, om det sorte hul har denne type hår.

Vores igangværende undersøgelser og de seneste fremskridt gjort af Som Bishoyi, en studerende på holdet, er baseret på en blanding af teoretiske og beregningsmæssige modeller af hurtigt-spinende sorte huller. Vores fund er ikke blevet testet i marken endnu eller observeret i rigtige sorte huller ude i rummet. Men vi håber, at det snart ændrer sig.

LISA får grønt lys

I januar 2024 vedtog Den Europæiske Rumorganisation formelt den rumbaserede Laser Interferometer Space Antenna, eller LISA, mission. LISA vil lede efter gravitationsbølger, og dataene fra missionen kan hjælpe mit team med vores behårede sorte hul-spørgsmål.

Formel vedtagelse betyder, at projektet har grønt lys til at gå til byggefasen med en planlagt lancering i 2035. LISA består af tre rumfartøjer konfigureret i en perfekt ligesidet trekant, der vil følge efter Jorden rundt om solen. Rumfartøjerne vil hver være 1,6 millioner miles (2,5 millioner kilometer) fra hinanden, og de vil udveksle laserstråler for at måle afstanden mellem hinanden ned til omkring en milliardtedel af en tomme.

LISA vil opdage gravitationsbølger fra supermassive sorte huller, der er millioner eller endda milliarder af gange mere massive end vores sol. Det vil bygge et kort over rum-tiden omkring roterende sorte huller, som vil hjælpe fysikere med at forstå, hvordan tyngdekraften fungerer i nærheden af ​​sorte huller med et hidtil uset niveau af nøjagtighed. Fysikere håber, at LISA også vil være i stand til at måle eventuelle behårede egenskaber, som sorte huller kan have.

Med LIGO, der foretager nye observationer hver dag, og LISA for at give et indblik i rum-tiden omkring sorte huller, er det nu en af ​​de mest spændende tider at være sorthulsfysiker.

Leveret af The Conversation

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.




Sidste artikel

Næste artikel

Varme artikler
Sprog: French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |

Videnskab © https://da.scienceaq.com