Teorie Black Hole Teorie černé díry Stephena Hawkinga potvrzená Ligo-protože vědci „slyší“ 2 Horizonty události se spojí do jednoho
Vědci použili detektor gravitačních vln, aby „slyšeli“ dva Černé díry Zvětšení, když se sloučili do jediné, gigantické entity.
Detekce, provedená Laserová interferometr gravitační vlna observatoře (Ligo) 14. ledna poskytuje nejlepší důkaz pro teorii předložený známým fyzikem Stephenem Hawkingem před více než půlstoletím, ale který nebyl nikdy prokázán v jeho životě.
Studie založená na výzkumu byla Publikováno Středa (10. září) v časopise Physical Review Letters a byla vedena Adrian G. AbacDoktorský student Maxe Plancka Institutu pro gravitační fyziku v Potsdamu v Německu.
Vlnící se Cosmos
Ligo detekuje gravitační vlny-vlnky ve struktuře prostoru uvolněné během nejextrémnějších událostí ve vesmíru, jako jsou srážky černých děr nebo neutronové hvězdy (zbytky obřích hvězd). Jeho První přímá detekce gravitačních vlnVyrobeno téměř přesně před 10 lety 14. září 2015, potvrdila předpovědi obecné relativity Albertem Einsteinem od Alberta Einsteina pozorování dvou černých děr sloučení.
Nyní s desetiletím zkušeností pod jejich pásy provedli spolupracovníci Ligo mnoho vylepšení detektorů – tak, že fúze černé díry jsou nyní spatřeny asi jednou za tři dny místo jednou za měsíc, podle a prohlášení z Caltech, který společně provozuje Ligo spolu s MIT.
Během zjištění 14. ledna byl Ligo svědkem dvou Černé díry Sloučení, s výslednou černou dírou měřící výrazně větší než dva objekty vstupující do kolize.
Před sloučením byla kombinovaná povrchová plocha dvou černých děr asi 93 700 čtverečních mil (243 000 čtverečních kilometrů) – zhruba velikosti Oregonu. Po sloučení naopak nově vytvořená a jedna černá díra měla povrchovou plochu zhruba 154 500 čtverečních mil (400 000 čtverečních km) – o velikosti Kalifornie. Jinými slovy, nově sloučená černá díra byla větší než součet jejích částí.
Detekce rostoucí černé díry potvrzuje předpověď, kterou Hawking předložil v roce 1971: že „Horizont události – Vnější hranice „černé díry, za kterou nic nemůže uniknout – nikdy nemůže zmenšit velikost, vědci na Columbia University, která je součástí spolupráce Ligo, uvedli samostatnou prohlášení.
„I když je to velmi jednoduché prohlášení,“ oblasti se mohou jen zvýšit, “má to nesmírné důsledky,“ spoluautor studie Maximiliano ISIDocent asistent na Columbia University and Associate Research Scientist of Flatiron Institute řekl v a prohlášení z americké fyzické společnosti (APS). Hawkingova věta je známá jako druhý zákon mechaniky černé díry a je podobný druhému zákonu termodynamiky, který uvádí, že entropie (porucha) se může v průběhu času zvyšovat pouze.
Tato teorie má nyní vědci, kteří považují černé díry za „termodynamické předměty“, APS pokračoval ve tvrzení: „Posun paradigmatu, který upevnil Hawkingův objev, že mají entropii, a vyzařují záření kvůli kvantovému účinku poblíž horizontu události“.
„Říká nám to Obecná relativita Ví něco o kvantové povaze těchto objektů a že informace nebo entropie obsažené v černé díře jsou úměrné jeho oblasti, “dodal ISI.
„Zvonění“ jako zvonek
Není to poprvé, kdy Ligo připravil Hawkingovu teorii testu; Pozorování 2021 předběžně potvrdil jeho předpověď. Nové výsledky však „potvrďte tento dřívější výsledek s mnohem vyšší přesností,“ dodali úředníci Columbie.
Studie dosáhla této přesnosti zkoumáním rozteče a trvání gravitačních vln emitovaných při sloučených černých dírách. Vědci mohou skrz vlny učinit závěry o černých dírách, protože velikost a tvar černé díry ovlivňují tyto vlny, stejně jako velikost a tvar hudebního nástroje ovlivňují zvuk, který vydává.
Nově detekovaná událost, známá jako GW250114, vytvořila „vyzvánění“ v časoprostoru, když se nová černá díra uklidnila po fúzi.
„Zrušení je to, co se stane, když je narušena černá díra, stejně jako zvonek, když ji zazvoníte,“ Studium spoluautor Katerina chatziioannouV prohlášení APS uvedl docent fyziky v Caltech.
„Zvonění“ umožnilo vědcům potvrdit, že zbývající černá díra měla větší povrchovou plochu než dvě černé otvory, které se spojily, aby ji vytvořily.
Zjištění také dokazují další teorii popsanou matematikem Royem Kerrem asi před šesti desetiletími. Teorie nazvaná Kerrova metrika popisuje, jak Einsteinovy polní rovnice pro obecnou relativitu fungují v rotující černé díře. Jinými slovy, „dvě černé díry se stejnou hmotou a rotací jsou matematicky identické,“ řekl ISI. „Pro černé díry je to velmi jedinečné.“
Ligo v současné době zahrnuje dva detektory-jeden v Hanfordu ve Washingtonu a jeden v Livingstonu, Louisianě-a Twin Interferometry běžně pracují s evropskou pannou a japonským detektorem kamioka gravitační vlny v rámci spolupráce Ligo-Virgo-Kagra (LVK).
Vzhledem k tomu, že vědci nadále doladí detektory Twin Ligo, je naplánován alespoň jeden další detektor. Když ligo-indická přichází online v roce 2030„by to výrazně zlepšilo přesnost, s jakou síť LVK může lokalizovat gravitační vlnové zdroje,“ poznamenali zástupci Caltech. Více detektorů by mohlo přijít později, protože se tým snaží „slyšet nejčasnější fúze černé díry ve vesmíru,“ dodal prohlášení.
Cosmic Explorer, koncept většího interferometru v USA, by měl detektory s „zbraněmi“ 10krát větší než délka současných ligo observatořů (každá z nich je 2,5 mil (4 km) dlouhéobsahovat lasery uvnitř ocelových vakuových trubek). Evropa má také navrhovaný projekt s názvem Einstein dalekohled, který by měl jeden nebo dva podzemní detektory s pažemi déle než 6 mil (10 km) dlouhý.
