Tin tức Vũ trụ TV

Lỗ đen luôn kêu hai lần: Manh mối mới giải mã hình dạng lỗ đen

Ngày:
Oct 14, 2020
Tóm lược:

Các nhà khoa học về sóng hấp dẫn tiết lộ rằng khi hai lỗ đen va chạm và hợp nhất, lỗ đen còn sót lại ‘kêu’ không phải một lần mà nhiều lần, phát ra sóng hấp dẫn – những gợn sóng dữ dội trong không gian và thời gian – thông báo cho chúng ta về hình dạng của nó.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Các nhà khoa học về sóng hấp dẫn tiết lộ rằng khi hai lỗ đen va chạm và hợp nhất, lỗ đen còn sót lại 'kêu' không phải một lần mà nhiều lần, phát ra sóng hấp dẫn - những gợn sóng dữ dội trong không gian và thời gian - thông báo cho chúng ta về hình dạng của nó.

Một nhóm các nhà khoa học sóng hấp dẫn do Trung tâm Phát hiện sóng hấp dẫn xuất sắc của ARC (OzGrav) dẫn đầu tiết lộ rằng khi hai lỗ đen va chạm và hợp nhất, lỗ đen còn sót lại ‘kêu’ không phải một lần mà nhiều lần, phát ra sóng hấp dẫn – những gợn sóng dữ dội trong không gian và thời gian của vải – thông báo cho chúng ta về hình dạng của nó. Hôm nay nghiên cứu này xuất hiện trên tạp chí Vật lý Truyền thông (Communications Physics) được xuất bản bởi Nature.

Lỗ đen là một trong những vật thể hấp dẫn nhất trong Vũ trụ. Tại bề mặt của chúng, được gọi là ‘chân trời sự kiện’, lực hấp dẫn mạnh đến mức không một ánh sáng nào có thể thoát ra khỏi chúng. Thông thường, lỗ đen là những sinh vật yên tĩnh, lặng lẽ nuốt bất cứ thứ gì đến quá gần chúng; tuy nhiên, khi hai lỗ đen va chạm và hợp nhất với nhau, chúng tạo ra một trong những sự kiện thảm khốc nhất trong Vũ trụ: trong một tích tắc của giây, một lỗ đen rất biến dạng được sinh ra và giải phóng một lượng năng lượng cực lớn khi nó lắng xuống dạng cuối cùng . Hiện tượng này mang đến cho các nhà thiên văn cơ hội duy nhất để quan sát các lỗ đen thay đổi nhanh chóng và khám phá lực hấp dẫn ở dạng cực đoan nhất của nó.

Hình 1. a: Các giai đoạn của sự hợp nhất lỗ đen. Đầu tiên, cả hai lỗ đen quay quanh nhau, từ từ đến gần, trong giai đoạn truyền cảm hứng .. Thứ hai, hai lỗ đen hợp nhất, tạo thành một lỗ đen méo mó. Cuối cùng, lỗ đen đạt đến dạng cuối cùng của nó. b: Tần số của tín hiệu sóng hấp dẫn quan sát được từ đỉnh của vụ va chạm (ngoài cùng bên trái) và từ các vị trí khác nhau trên đường xích đạo (phần còn lại) của nó như một hàm của thời gian. Tín hiệu đầu tiên cho thấy tín hiệu “chirping” điển hình, trong đó tần số tăng lên như một hàm của thời gian. Ba kết quả còn lại cho thấy rằng, sau va chạm (tại t = 0), tần số giảm xuống và tăng trở lại, tạo ra tiếng “kêu” thứ hai. TÍN DỤNG: C. Evans, J. Calderón Bustillo
Hình 1. a: Các giai đoạn của sự hợp nhất lỗ đen. Đầu tiên, cả hai lỗ đen quay quanh nhau, từ từ đến gần, trong giai đoạn truyền cảm hứng .. Thứ hai, hai lỗ đen hợp nhất, tạo thành một lỗ đen méo mó. Cuối cùng, lỗ đen đạt đến dạng cuối cùng của nó. b: Tần số của tín hiệu sóng hấp dẫn quan sát được từ đỉnh của vụ va chạm (ngoài cùng bên trái) và từ các vị trí khác nhau trên đường xích đạo (phần còn lại) của nó như một hàm của thời gian. Tín hiệu đầu tiên cho thấy tín hiệu “chirping” điển hình, trong đó tần số tăng lên như một hàm của thời gian. Ba kết quả còn lại cho thấy rằng, sau va chạm (tại t = 0), tần số giảm xuống và tăng trở lại, tạo ra tiếng “kêu” thứ hai.
TÍN DỤNG: C. Evans, J. Calderón Bustillo

Mặc dù các lỗ đen va chạm không tạo ra ánh sáng, các nhà thiên văn học có thể quan sát các sóng hấp dẫn được phát hiện – những gợn sóng trong kết cấu không gian và thời gian – phát ra từ chúng. Các nhà khoa học suy đoán rằng, sau một vụ va chạm, hành vi của lỗ đen còn sót lại là chìa khóa để hiểu được lực hấp dẫn và cần được mã hóa trong các sóng hấp dẫn phát ra.

Trong bài báo đăng trên Tạp chí Vật lý Truyền thông (Tự nhiên), một nhóm các nhà khoa học do cựu sinh viên OzGrav, Giáo sư Juan Calderón Bustillo – hiện là ‘Trưởng nhóm La Caixa – Marie Curie Fellow’ tại Viện Vật lý Năng lượng Cao Galicia (Santiago de Compostela) dẫn đầu. , Tây Ban Nha) – đã tiết lộ cách sóng hấp dẫn mã hóa hình dạng của các lỗ đen hợp nhất khi chúng chuyển sang dạng cuối cùng.

Nghiên cứu sinh kiêm đồng tác giả Christopher Evans từ Viện Công nghệ Georgia (Mỹ) cho biết: ‘Chúng tôi thực hiện mô phỏng va chạm lỗ đen bằng siêu máy tính và sau đó so sánh hình dạng thay đổi nhanh chóng của lỗ đen còn sót lại với sóng hấp dẫn mà nó phát ra. Chúng tôi phát hiện ra rằng những tín hiệu này phong phú và phức tạp hơn nhiều so với người ta thường nghĩ, cho phép chúng tôi tìm hiểu thêm về hình dạng thay đổi rất lớn của lỗ đen cuối cùng ‘.

Sóng hấp dẫn từ các lỗ đen va chạm là những tín hiệu rất đơn giản được gọi là ‘tiếng kêu’. Khi hai lỗ đen tiến lại gần nhau, chúng phát ra tín hiệu có tần số và biên độ tăng dần cho biết tốc độ và bán kính của quỹ đạo. Theo Giáo sư Calderón Bustillo, ‘cường độ và biên độ của tín hiệu tăng lên khi hai lỗ đen tiếp cận ngày càng nhanh. Sau vụ va chạm, lỗ đen cuối cùng còn sót lại phát ra một tín hiệu với cường độ không đổi và biên độ phân rã – giống như tiếng chuông được đánh ‘. Nguyên tắc này phù hợp với tất cả các quan sát sóng hấp dẫn cho đến nay, khi nghiên cứu va chạm từ trên xuống.

Hình 2. Chi tiết về hình dạng của lỗ đen còn sót lại sau một vụ va chạm với lỗ đen, với 'hình hạt dẻ'. Các vùng phát xạ sóng hấp dẫn mạnh (màu vàng) tập trung gần đỉnh của nó. Lỗ đen này quay làm cho đỉnh hướng tới tất cả những người quan sát xung quanh nó. TÍN DỤNG: C. Evans, J. Calderón Bustillo
Hình 2. Chi tiết về hình dạng của lỗ đen còn sót lại sau một vụ va chạm với lỗ đen, với ‘hình hạt dẻ’. Các vùng phát xạ sóng hấp dẫn mạnh (màu vàng) tập trung gần đỉnh của nó. Lỗ đen này quay làm cho đỉnh hướng tới tất cả những người quan sát xung quanh nó.
TÍN DỤNG: C. Evans, J. Calderón Bustillo

Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy điều gì đó hoàn toàn khác sẽ xảy ra nếu vụ va chạm được quan sát từ ‘đường xích đạo’ của lỗ đen cuối cùng. Giáo sư Calderón Bustillo giải thích: ‘Khi chúng tôi quan sát các lỗ đen từ đường xích đạo của chúng, chúng tôi nhận thấy rằng lỗ đen cuối cùng phát ra một tín hiệu phức tạp hơn, với cao độ lên xuống một vài lần trước khi nó chết. ‘Nói cách khác, lỗ đen thực sự kêu nhiều lần.’

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng điều này có liên quan đến hình dạng của lỗ đen cuối cùng, hoạt động giống như một loại hải đăng sóng hấp dẫn: ‘Khi hai lỗ đen ban đầu,’ mẹ ‘có kích thước khác nhau, lỗ đen cuối cùng ban đầu trông giống như một hạt dẻ, với một bên là đỉnh và một bên là rộng hơn, mịn hơn, ” Bustillo nói. ‘Hóa ra lỗ đen phát ra sóng hấp dẫn cường độ cao hơn thông qua các vùng cong nhất của nó, là những vùng bao quanh đỉnh của nó. Điều này là do lỗ đen còn sót lại cũng đang quay và đỉnh và đỉnh của nó liên tục hướng về tất cả những người quan sát, tạo ra nhiều tiếng kêu vang. ‘

Đồng tác giả, Giáo sư Pablo Laguna, nguyên chủ tịch Trường Vật lý tại Georgia Tech và hiện là Giáo sư tại Đại học Texas ở Austin, đã chỉ ra rằng ‘trong khi mối quan hệ giữa sóng hấp dẫn và hành vi của lỗ đen cuối cùng đã được phỏng đoán từ lâu. Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp ví dụ rõ ràng đầu tiên về loại quan hệ này ‘.


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Trung tâm Xuất sắc của Hội đồng Nghiên cứu Úc về Khám phá Sóng hấp dẫn . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.


Tham khảo Tạp chí :

  1. Juan Calderon Bustillo, Christopher Evans, James A. Clark, Grace Kim, Pablo Laguna, Deirdre Shoemaker. Tiếng kêu sau hợp nhất từ ​​các lỗ đen nhị phân khi là các tàu thăm dò của chân trời lỗ đen cuối cùng . Vật lý Truyền thông , 2020; 3 (1) DOI: 10.1038 / s42005-020-00446-7

Bài viết liên quan

Bài viết mới