μαύρες τρύπες (7 άρθρα)

Οι μαύρες τρύπες εκτός από θερμοκρασία έχουν και πίεση

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Στην κλασική θεωρία της γενικής σχετικότητας, οι μαύρες τρύπες είναι σχετικά απλά αντικείμενα. Μπορούν να περιγραφούν με τρεις μόνο ιδιότητες: την μάζα, το ηλεκτρικό φορτίο και την ιδιοπεριστροφή. Γνωρίζουμε όμως ότι η γενική σχετικότητα δεν είναι μια τελική θεωρία. Η κβαντική μηχανική που περιγράφει με επιτυχία την συμπεριφορά μικροσκοπικών αντικειμένων, παίζει επίσης ρόλο σε μεγάλα αντικείμενα όπως οι μαύρες τρύπες. Για να περιγράψουμε τις μαύρες τρύπες σε κβαντικό επίπεδο, χρειαζόμαστε μια θεωρία κβαντικής βαρύτητας. Δεν έχουμε ακόμη μια πλήρη θεωρία, αλλά αυτό που γνωρίζουμε μέχρι τώρα είναι ότι η κβαντομηχανική κάνει τις μαύρες τρύπες πιο περίπλοκες, δίνοντάς τους ιδιότητες όπως εντροπίαθερμοκρασία, ίσως ακόμα και πίεση.

Είναι γεγονός ότι οι μαύρες τρύπες μπορούν να περιγραφούν με νόμους αντίστοιχους των νόμων της θερμοδυναμικής. Για να περιγραφεί θερμοδυναμικά ένα σύστημα από κανονική ύλη, χρειάζονται οι έννοιες της θερμοκρασίας ή της εντροπίας, αλλά και της πίεσης.

Οι ερευνητές Xavier Calmet και Folkert Kuipers στην εργασία τους ‘Quantum Gravitational Corrections to the Entropy of a Schwarzschild Black Hole‘ εξετάζουν την εντροπία των μαύρων τρυπών. Γενικά, η εντροπία είναι μια λεπτή έννοια, που συχνά περιγράφεται ως το μέτρο της αταξίας ενός συστήματος ή της ποσότητας των πληροφοριών που απαιτούνται για να περιγραφεί ένα σύστημα και σχετίζεται με τη θερμοκρασία του συστήματος. Στις μαύρες τρύπες, η εντροπία σχετίζεται με την εμβαδόν του ορίζοντα γεγονότων της. Οι φυσικοί μελετούν την εντροπία της μαύρης τρύπας επειδή θα μπορούσε να μας βοηθήσει να απαντήσουμε σε θεμελιώδη ερωτήματα στην κβαντική βαρύτητα, όπως το αν μια μαύρη τρύπα μπορεί να εξαφανίσει πληροφορίες.

Οι Calmet και Kuipers εφάρμοσαν τις εξισώσεις εντροπίας σε μια απλή μαύρη τρύπα, προσπαθώντας να καταλάβουν τι συμβαίνει όταν υπεισέρχονται οι εξισώσεις του Αϊνστάιν στην κβαντική θεωρία. Αυτό αποτελεί ένα συνηθισμένο τέχνασμα γνωστό ως ημι-κλασική προσέγγιση. Με έκπληξη διαπίστωσαν ότι προέκυπταν παράξενοι επιπλέον όροι στις εξισώσεις τους που δεν περίμεναν. Αυτοί οι όροι αρχικά φαίνονταν να μην έχουν κάποιο φυσικό νόημα, αλλά στη συνέχεια αποδείχθηκε ότι οι επιπλέον όροι θα μπορούσαν να εκφράζουν την πίεση μιας μαύρης τρύπας, όπως η πίεση που δημιουργούν τα άτομα αερίου σε ένα δοχείο.

Η πίεση μιας μαύρης τρύπας: P=-\gamma \frac{1}{2G^{4}M^{4}} , όπου ο αριθμητικός παράγοντας \gamma  μπορεί να είναι θετικός ή αρνητικός.

Με άλλα λόγια, όταν εφαρμόζεται η κβαντική θεωρία σε μια μαύρη τρύπα, προκύπτει και θερμοκρασία και πίεση.

Όπως και με τη θερμοκρασία Hawking, αυτή η κβαντική πίεση για μια μαύρη τρύπα είναι εξαιρετικά μικρή. Είναι πολύ μικρή για να επηρεάσει τα γνωστά είδη των μαύρων τρυπών στο σύμπαν. Αλλά το γεγονός ότι υπάρχει, θα μπορούσε να έχει πραγματικές συνέπειες για τις αφάνταστα ακραίες συνθήκες που επικρατούσαν κατά την μεγάλη έκρηξη. Το συγκεκριμένο μοντέλο που αναπτύχθηκε είναι πολύ απλό για να εφαρμοστεί σε πραγματικά συστήματα, ίσως όμως να αποτελέσει ένα μικρό βήμα προς μια πληρέστερη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας.

Πηγή 

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Ανιχνεύθηκαν οι πρώτες δύο περιπτώσεις κατακλυσμιαίας συγχώνευσης μαύρης τρύπας με άστρο νετρονίων!

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Δύο περιπτώσεις κατακλυσμικής συγχώνευσης μελανών οπών με άστρα νετρονίων επιβεβαίωσαν για πρώτη φορά οι αστροφυσικοί. Με τη βοήθεια των βαρυτικών κυμάτων που δημιουργήθηκαν και ταξίδεψαν έως τη Γη, τα δύο περιστατικά ανιχνεύθηκαν από τα παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων LIGO (ΗΠΑ) και VIRGO (Ευρώπης) με διαφορά δέκα ημερών το ένα επεισόδιο από το άλλο. Και στις δύο περιπτώσεις, πιθανότατα, η μαύρη τρύπα «κατάπιε» ολόκληρο το άστρο νετρονίων.

 

Τα βαρυτικά κύματα είναι «ρυτιδώσεις» του χωροχρόνου, που προκαλούνται από κινούμενα στο σύμπαν αντικείμενα μεγάλης μάζας. Στη διάρκεια της εξαετίας από τότε που έγινε η πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων στη Γη (το 2015), έχουν εντοπιστεί συνολικά περισσότερα από 50 περιστατικά συγχώνευσης είτε μελανών οπών μεταξύ τους είτε ζευγαριών άστρων νετρονίων.

Τώρα, για πρώτη φορά οι επιστήμονες ανίχνευσαν βαρυτικά κύματα από την συγχώνευση μαύρης τρύπας και άστρου νετρονίου. Η πρώτη συγχώνευση αφορούσε μία μαύρη τρύπα με μάζα περίπου εννέα φορές μεγαλύτερη του Ήλιου και ένα άστρο νετρονίων με 1,9 ηλιακές μάζες. Η δεύτερη αφορούσε μία μαύρη τρύπα με σχεδόν έξι ηλιακές μάζες και ένα άστρο νετρονίων με μιάμιση ηλιακή μάζα. Κανένα από τα δύο περιστατικά δεν ανιχνεύθηκε από οπτικό τηλεσκόπιο.

general_NSBH_merger

Προηγουμένως, το δίκτυο LIGO-Virgo βρήκε δύο άλλες υποψήφιες συγχωνεύσεις αστέρα -μαύρης τρύπας. Ένα συμβάν που ονομάζεται GW190814, που εντοπίστηκε στις 14 Αυγούστου 2019, αφορούσε μια σύγκρουση μιας μαύρης τρύπας με 23 ηλιακή μάζα με αντικείμενο περίπου 2,6 ηλιακών μαζών, η οποία θα μπορούσε να είναι είτε το βαρύτερο γνωστό αστέρι νετρονίων είτε η πιο ελαφριά γνωστή μαύρη τρύπα . Ένα άλλο υποψήφιο συμβάν, που ονομάζεται GW190426, και εντοπίστηκε στις 26 Απριλίου 2019, θεωρήθηκε πιθανότατα ως συγχώνευση αστέρα-μαύρης τρύπας νετρονίων, αλλά θα μπορούσε επίσης να είναι απλώς το αποτέλεσμα του θορύβου του ανιχνευτή.

Έχοντας παρατηρήσει με βεβαιότητα δύο παραδείγματα βαρυτικών κυμάτων από μαύρες τρύπες που συγχωνεύονται με αστέρια νετρονίων, οι ερευνητές εκτιμούν ότι, εντός απόστασης ενός δισεκατομμυρίου ετών φωτός από τη Γη, περίπου μία τέτοια συγχώνευση συμβαίνει ανά μήνα.

Οι αστρονόμοι έχουν επί δεκαετίες αναζητήσει άστρα νετρονίων γύρω από μαύρες τρύπες στον γαλαξία μας, αλλά δεν έχουν βρει ακόμη. Οι δύο πηγές των νέων βαρυτικών κυμάτων, με τις ονομασίες GW200105 και GW200115, βρίσκονται σε δύο άλλους γαλαξίες, σε απόσταση 900 εκατομμυρίων έως ενός δισεκατομμυρίου ετών φωτός από τη Γη, χωρίς όμως να μπορούν να προσδιοριστούν με ακρίβεια. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι τέτοια κατακλυσμικά περιστατικά συμβαίνουν με συχνότητα περίπου ένα τον μήνα σε μία ακτίνα ενός δισεκατομμυρίου ετών φωτός από τον πλανήτη μας.

Τα βαρυτικά παρατηρητήρια LIGO, Virgo και KAGRA (Ιαπωνίας) έχουν βελτιώσει τους ανιχνευτές τους και ετοιμάζονται για ένα νέο γύρο παρατηρήσεων, που θα ξεκινήσει το καλοκαίρι του 2022. Ο ευρωπαϊκός ανιχνευτής VIRGO βρίσκεται κοντά στην Πίζα της Ιταλίας. Σημαντική είναι η συμμετοχή σε αυτές τις έρευνες της Ελληνίδας καθηγήτριας Αστροφυσικής Βίκυς Καλογερά του Πανεπιστημίου Northwestern.

 

Πηγή

Κατηγορίες:
Νέα

Τι είναι οι πίδακες μαύρων τρυπών;

| 0 ΣΧΟΛΙΑ


Στην καρδιά κάθε γαλαξία βρίσκεται μια τεραστίου μεγέθους μαύρη τρύπα. Αυτές οι μαύρες τρύπες, οι μάζες των οποίων είναι εκατομμύρια έως δισεκατομμύρια φορές η μάζα του ήλιου μας, τροφοδοτούν τις πιο ενεργητικές διαδικασίες του σύμπαντος, τους αστροφυσικούς πίδακες που συνίστανται από σωματίδια υψηλών ενεργειών και εκτείνονται έως και χιλιάδες έτη φωτός. Η ερευνητική ομάδα Event Horizon Telescope (EHT) που φωτογράφισε και συνεχίζει να ερευνά την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία M87, άρχισε να ξετυλίγει το μυστήριο σχετικά με το τι τροφοδοτεί αυτούς τους πίδακες.

Πριν από αρκετές εβδομάδες, το EHT δημοσίευσε μια δεύτερη φωτογραφία της θηριώδους μαύρης τρύπας M87 – μια διαφορετική οπτική σε σχέση με την πρώτη φωτογραφία που δημοσίευσε το 2019. Και οι δύο εικόνες δείχνουν το φωτεινό πλάσμα γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Σε αντίθεση με την πρώτη φωτογραφία, στη νέα εικόνα ο φωτεινός δακτύλιος γύρω από την μαύρη τρύπα έχει ρίγες, υποδηλώνοντας ότι το φως είναι ισχυρά πολωμένο.

Οι ερευνητές λένε ότι το σπειροειδές μοτίβο προκύπτει από ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο γύρω από τη μαύρη τρύπα του M87 και ότι αυτό αντιπροσωπεύει τα πρώτα παρατηρησιακά στοιχεία υπέρ μιας θεωρίας σχετικά με την εκτόξευση πιδάκων, ηλικίας 44 χρόνων, γνωστή ως διαδικασία Blandford-Znajek.

Οι Roger Blandford και Roman Znajek, όταν ήταν νέοι φυσικοί στο Πανεπιστήμιο του Cambridge το 1977, υποστήριξαν ότι οι περιστρεφόμενες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες θα στρεβλώσουν ελικοειδώς τα περιβάλλοντα μαγνητικά πεδία και αυτή η μεταβολή δημιουργεί μια τάση που αντλεί ενέργεια έξω από την μαύρη τρύπα και κατά μήκος της έλικας προκαλώντας τον γιγαντιαίο πίδακα. Στο βίντεο που ακολουθεί (όπου μιλάει και ο ίδιος ο Roger Blandford) περιγράφεται πως θα μπορούσε να εξηγηθεί το φαινόμενο του πίδακα μιας θηριώδους μαύρης τρύπας:

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες ΕΔΩ: Physicists Identify the Engine Powering Black Hole Energy Beams

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Διονύσης Σιμόπουλος: Οι μαύρες τρύπες και τα είδη τους

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

ΔΙΟΝΥΣΗΣ Π. ΣΙΜΟΠΟΥΛΟΣ*

Εχουν περάσει ακριβώς πέντε χρόνια από τον πρώτο εντοπισμό βαρυτικών κυμάτων από τα αμερικανικά ερευνητικά εργαστήρια LIGO, που απέδειξαν έμπρακτα, για ακόμη μία φορά, ότι η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αλβέρτου Αϊνστάιν ήταν πέρα για πέρα σωστή. Η αυριανή αυτή επέτειος συμπληρώθηκε μάλιστα στις αρχές του μήνα με την ανακοίνωση του εντοπισμού βαρυτικών κυμάτων από τη συγχώνευση ενός ασυνήθιστου ζεύγους μαύρων τρυπών (Μ.Τ.) που είχαν μάζα 66 και 85 φορές τη μάζα του Ηλιου. Το γεγονός αυτό, που συνέβη σε απόσταση 7 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, παρατηρήθηκε στις 21 Μαΐου 2019 και είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μιας Μ.Τ. με μάζα 142 φορές τη μάζα του Ηλιου, ενώ περίπου 8 ηλιακές μάζες μετατράπηκαν σε τεράστιες ποσότητες ενέργειας ίσης με την ενέργεια που εκπέμπουν όλοι οι γαλαξίες του σύμπαντος.

Το γεγονός μάλιστα αυτό θεωρείται εξίσου σημαντικό με την ανακάλυψη της πρώτης συγχώνευσης δύο Μ.Τ. στις 15 Σεπτεμβρίου του 2015 αλλά και της συγχώνευσης δύο άστρων νετρονίων στις 17 Αυγούστου του 2017. Κι αυτό, γιατί η μία τουλάχιστον από τις δύο Μ.Τ. είναι η μεγαλύτερη «αστρικού τύπου» που έχει εντοπιστεί μέχρι τώρα, αν και οι τρέχουσες θεωρίες μάς λένε ότι δεν είναι δυνατόν να δημιουργηθούν αστρικές Μ.Τ. με μάζα μεταξύ 65 και 120 φορές τη μάζα του Ηλιου.

H πρώτη εκείνη ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων του LIGO το 2015 απέδειξε, μεταξύ άλλων, ότι οι μαύρες τρύπες δεν είναι απλώς και μόνο μαθηματικά δημιουργήματα της θεωρίας του Αϊνστάιν αλλά υπάρχουν πράγματι στο σύμπαν, ακόμη και σε διπλά συστήματα τέτοιων αντικειμένων.

Μέχρι τότε δεν είχαμε ποτέ μια τόσο άμεση πληροφόρηση που να προέρχεται από τις ίδιες τις μαύρες τρύπες, αν και είχαμε φυσικά ενδείξεις για την ύπαρξή τους και από άλλες πηγές.

Με βάση λοιπόν τις μέχρι τώρα γνώσεις μας, έχουμε ταξινομήσει τις Μ.Τ. σε τρία είδη. Οι λεγόμενες «κανονικές» μαύρες τρύπες προέρχονται από τις αστρικές εκρήξεις σουπερνόβα και έχουν μάζα μέχρι περίπου 60 φορές τη μάζα του Ηλιου. Αντίθετα, οι «μικρομεσαίες» Μ.Τ. περιλαμβάνουν μάζες από 100 μέχρι και 100.000 φορές τη μάζα του Ηλιου. Τον Μάιο του 2007, για παράδειγμα, ανακοινώθηκε η ανακάλυψη μιας «μεσαίου μεγέθους» Μ.Τ. με μάζα 20.000 φορές τη μάζα του Ηλιου, που εντοπίστηκε σε απόσταση 2,3 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη στη γειτονιά του γαλαξία της Ανδρομέδας, στο εσωτερικό του σφαιρωτού σμήνους G1, το οποίο μάλιστα πιο πρόσφατες μελέτες εκτιμούν ότι δεν είναι απλώς ένα σφαιρωτό σμήνος αλλά μια συλλογή συγχωνευμένων πυρήνων από νάνους γαλαξίες.

Στο άλλο πάλι άκρο των μεγεθών, τα τελευταία χρόνια έχουμε εντοπίσει στο κέντρο των γαλαξιών «σούπερ» μαύρες τρύπες που περιέχουν τη μάζα εκατομμυρίων ή και δισεκατομμυρίων ήλιων, σε έναν χώρο που δεν υπερβαίνει τη διάμετρο του ηλιακού μας συστήματος. Μια τέτοια τερατώδης Μ.Τ. έχει τη φωλιά της στο κέντρο του γαλαξία μας προς την κατεύθυνση του αστερισμού του Τοξότη και σε απόσταση 27.000 ετών φωτός στο κέντρο του γαλαξία μας. Η γιγάντια αυτή Μ.Τ. περιβάλλεται από έναν φωτεινό δίσκο αστροϋλικών που καταβροχθίζει κυριολεκτικά ένα προς ένα τα άστρα του γαλαξιακού μας πυρήνα καθώς αυτά εξελίσσονται και πέφτουν προς το κέντρο.

Και βέβαια, εκτός από άστρα, το αδηφάγο αυτό τέρας εξαφανίζει και οτιδήποτε άλλο τολμήσει να το πλησιάσει, με αποτέλεσμα τη συνεχή του επέκταση. Υπολογίζεται δηλαδή ότι υλικά μιας ηλιακής μάζας παρασύρονται κάθε 1.000 χρόνια από τις βαρυτικές δυνάμεις που επικρατούν στο γαλαξιακό κέντρο, που σημαίνει ότι η δραστηριότητα αυτή συνεχίζεται εδώ και αρκετά δισεκατομμύρια χρόνια, με αποτέλεσμα την ύπαρξη μιας τεράστιας Μ.Τ. με διάμετρο δεκάδων εκατομμυρίων χιλιομέτρων και μάζα τεσσάρων εκατομμυρίων ήλιων.

Παρόμοιες με τη δική μας, γιγάντιες Μ.Τ. υπάρχουν και στα κέντρα των περισσοτέρων γαλαξιών, ενώ μόλις πριν από περίπου ένα χρόνο φωτογραφήθηκε και η σκιά μιας Μ.Τ. στην καρδιά του γιγάντιου ελλειπτικού γαλαξία Μ-87. Η γιγάντια αυτή μαύρη τρύπα του M-87 έχει 6,5 δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του Ηλιου και διάμετρο που φτάνει τα 100 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα, 22 δηλαδή φορές την απόσταση του πλανήτη Ποσειδώνα από τον Ηλιο. Η καταπληκτική φωτογράφηση έγινε πραγματικότητα από τη συνδυασμένη λειτουργία ραδιοτηλεσκοπίων σε οκτώ διαφορετικές περιοχές της Γης, τα οποία βρίσκονται στην Ανταρκτική, στη Χιλή, στο Μεξικό, στη Χαβάη, στην Αριζόνα και στην Ισπανία, και τα οποία είχαν συνδεθεί συμβολομετρικά μεταξύ τους δημιουργώντας έτσι ένα τηλεσκόπιο με το μέγεθος του πλανήτη μας. Στην επίπονη αυτή διαδικασία φωτογράφησης έλαβαν μέρος 347 ερευνητές από 60 πανεπιστήμια και ερευνητικά εργαστήρια σε 20 διαφορετικές χώρες, μεταξύ των οποίων κομβικό ρόλο έπαιξε κι ένας Ελληνας αστροφυσικός, ο καθηγητής του Πανεπιστημίου της Αριζόνας Δημήτρης Ψάλτης.

* Ο κ. Διονύσης Π. Σιμόπουλος είναι επίτιμος διευθυντής του Ευγενιδείου Πλανηταρίου.

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Η μεγαλύτερη μαύρη τρύπα που ανακαλύφθηκε διαμέσου των βαρυτικών κυμάτων!

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Το GW190521 σύμφωνα με την σημερινή δημοσίευση στο περιοδικό Physical Review Letters [GW190521: A Binary Black Hole Merger with a Total Mass of 150  M], είναι ένα βαρυτικό κύμα που κατέγραψαν οι ανιχνευτές LIGO and Virgo στις 21/5/2019. Προέκυψε από την συγχώνευση δυο μαύρων τρυπών με μάζες 66 M και 85 M (1M=η μάζα του ήλιου μας), προς τον σχηματισμό μιας νέας μαύρης τρύπας με μάζα περίπου 142M. Η συγχώνευση απελευθέρωσε τεράστια ποσότητα ενέργειας, ισοδύναμη με την ενέργεια 8 ηλιακών μαζών. Η πηγή του βαρυτικού κύματος GW190521 απέχει από τη Γη περίπου 5 Gpc (=5∙109 παρσέκ) .

Πρόκειται για την μεγαλύτερη μαύρη τρύπα που ανακαλύφθηκε διαμέσου των βαρυτικών κυμάτων. Αλλά και οι αρχικές μαύρες τρύπες (66 M 85 M) έχουν τέτοιες μάζες που δεν εξηγούνται με τους γνωστούς μηχανισμούς σχηματισμού μαύρων τρυπών.

Το βαρυτικό κύμα GW190521 αποκαλύπτει μια τεράστια μαύρη τρύπα

Τελικά, είτε οι αστέρες μπορούν να σχηματίσουν μαύρες τρύπες μεγάλης μάζας, είτε κάποιες από τις μαύρες τρύπες των LIGO-Virgo σχηματίζονται μέσω άλλων διεργασιών — ίσως ως αποτέλεσμα μιας προηγούμενης συγχώνευσης μεταξύ ελαφρότερων μαύρων τρυπών, η οποία ανοίγει ένα δρόμο για τον σχηματισμό μιας ακόμα μεγαλύτερης μαύρης τρύπας μέσω ακόμα μίας συγχώνευσης. Αυτό το σενάριο πολλαπλών συγχωνεύσεων απαιτεί τον σχηματισμό των μαύρων τρυπών κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες, σε περιβάλλον όπου υπάρχουν αρκετές μαύρες τρύπες σε κοντινή απόσταση ώστε να προκύψουν πολλαπλές συγχωνεύσεις.
Εκτός κι αν το εν λόγω βαρυτικό κύμα δημιουργήθηκε από κάτι εντελώς καινούργιο!

Οι ερευνητές των ανιχνευτών LIGO και Virgo εξετάζουν στην δημοσίευσή τους και άλλες πηγές στο σύμπαν που θα μπορούσαν να έχουν παράγει το βαρυτικό κύμα GW190521. Όπως για παράδειγμα την πιθανότητα να δημιουργήθηκε από ένα άστρο που κατέρρευσε στον γαλαξία μας ή από μια κοσμική χορδή που προέκυψε αμέσως μετά την πληθωριστική διαστολή του αρχέγονου σύμπαντος – αν και καμία από αυτές τις εξωτικές δυνατότητες δεν ταιριάζει με τα δεδομένα, όπως συμβαίνει με την υπόθεση της συγχώνευσης δυο μαύρων τρυπών με τις παραπάνω μάζες.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες στον ιστότοπο του LIGO: «WHAT DID WE OBSERVE? «
«GW190521: Η ΜΑΖΙΚΟΤΕΡΗ ΣΥΓΚΡΟΥΣΗ ΜΑΥΡΩΝ ΤΡΥΠΩΝ ΠΟΥ ΠΑΡΑΤΗΡΗΘΗΚΕ ΕΩΣ ΤΩΡΑ» :

και
«Properties and astrophysical implications of the 150 M binary black hole merger GW190521»
LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration

(νεώτερη ενημέρωση – Καθημερινή 3/9/2020)

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν νέα «οικογένεια» από μαύρες τρύπες

Κλικ πάνω στην εικόνα για μεγέθυνση

Λιγότερο από το ένα δέκατο του δευτερολέπτου, όσο δηλαδή ένα βλεφάρισμα των ματιών, διήρκεσε το σήμα που «έπιασαν» οι ανιχνευτές των βαρυτικών κυμάτων «Ligo» και «Virgo», σε ΗΠΑ και Ευρώπη αντίστοιχα, τον Μάιο του 2019. Το σήμα πέρασε μέσα από τα φίλτρα της επιστημονικής ανάλυσης και χθες οι επιστήμονες των δύο ανιχνευτών ανακοίνωσαν τη νέα τους ανακάλυψη: τη σύγκρουση και συγχώνευση δύο μαύρων τρυπών, των πιο μακρινών και με τη μεγαλύτερη μάζα που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα μέσω των βαρυτικών κυμάτων.

Οι επιστήμονες δημοσίευσαν τα αποτελέσματα της έρευνας του βαρυτικού σήματος (GW190521) στα επιστημονικά περιοδικά Physical Review Letters και Astrophysical Journal Letters. Η μαύρη τρύπα που προέκυψε έχει μάζα όσο 142 ήλιοι, ενώ το σύμπαν «πλημμύρισε» με βαρυτικά κύματα, με ενέργεια ισοδύναμη με οκτώ ήλιους.

«Μέχρι σήμερα», λέει στην «Κ» ο καθηγητής Σχετικότητας στο Τμήμα Φυσικής του ΑΠΘ, Νίκος Στεργιούλας, «είχαν εντοπιστεί δύο κατηγορίες μελανών οπών, αυτές που δημιουργούνται μετά την κατάρρευση ενός άστρου και έχουν μάζα μέχρι 60 φορές περίπου τη μάζα του Ηλιου και αυτές που υπάρχουν στα κέντρα των γαλαξιών και έχουν μάζα εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ηλιου».

Ο καθηγητής, ο οποίος είναι μέλος της πρώτης ερευνητικής ομάδας στην Ελλάδα που συμμετέχει στις ανιχνεύσεις του «Virgo» από τον Ιούλιο του 2020, μας λέει ότι οι θεωρητικές προβλέψεις για την ύπαρξη μελανών οπών με μάζα στην «ενδιάμεση περιοχή» επιβεβαιώθηκαν με το δείγμα που εντοπίστηκε μέσω της ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων. «Αυτό μας δίνει ελπίδες ότι μπορεί να υπάρχει ένας ολόκληρος πληθυσμός μελανών οπών με ενδιάμεση μάζα και αν πράγματι ανιχνευθούν και άλλες μελλοντικά, θα μας επιτρέψει να κατανοήσουμε τους τρόπους σχηματισμού τους, που μπορεί να είναι περισσότεροι από ένας», σημειώνει.

Ο βίαιος χορός των δύο μελανών οπών έλαβε χώρα όταν το σύμπαν ήταν νεότερο κατά επτά δισ. χρόνια και σε μια απόσταση περίπου 16 εκατ. έτη φωτός μακριά, σύμφωνα με τον κ. Στεργιούλα. Τι μπορεί να μεσολάβησε στο ενδιάμεσο; «Δεν μπορούμε να γνωρίζουμε επακριβώς πώς εξελίχθηκε αυτή η μελανή οπή έπειτα από αρκετά δισ. χρόνια. Θα μπορούσε, ενδεχομένως, να συναντήσει μια άλλη μελανή οπή και να συγχωνευθούν, δημιουργώντας μια ακόμη μεγαλύτερη. Σίγουρα, όμως, εξακολουθεί να υπάρχει, ακόμη και αν ακτινοβολεί με κβαντομηχανικό τρόπο, όπως προέβλεψε ο Χόκινγκ. Δεν γνωρίζουμε, δηλαδή, κάποιο τρόπο για να καταστραφεί μια μελανή οπή με τόση μάζα σε τόσο χρονικό διάστημα».

Οι ανιχνευτές «Ligo» και «Virgo» έδωσαν τα διαπιστευτήριά τους το 2015-16 με την ιστορική πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από συγκρούσεις αστέρων νετρονίων, επιβεβαιώνοντας τις προβλέψεις που έκανε ο Αϊνστάιν για τους «κυματισμούς στον χωροχρόνο» έναν αιώνα πριν. Από τότε, οι νέες ανακαλύψεις είναι ολοένα και πιο συχνές.

Στον τελευταίο γύρο λειτουργίας των δύο ανιχνευτών εντοπίστηκαν 56 βαρυτικά κύματα από τα οποία επιβεβαιώθηκαν μέχρι στιγμής τα τέσσερα (ανάμεσα στα οποία και το χθεσινό). «Οσο θα αυξάνει ο αριθμός των επιβεβαιωμένων ανιχνεύσεων, θα μπορούμε να ελέγχουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια την ισχύ της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, τις θεωρίες για την αστρική εξέλιξη, αλλά και να μετράμε με έναν ανεξάρτητο τρόπο τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος», επισημαίνει ο κ. Στεργιούλας.

Οι μαύρες τρύπες είναι ένα από τα πιο μυστηριώδη και συνάμα γοητευτικά φαινόμενα του σύμπαντος και εξάπτουν τη φαντασία. Το πόσο μακριά είμαστε από την αποκρυπτογράφησή τους είναι κάτι… σχετικό, αλλά στο δυναμικό των «Ligo» και «Virgo» προστίθενται και άλλοι ανιχνευτές. «Ηδη λειτουργεί και τέταρτος ανιχνευτής στην Ιαπωνία (KAGRA) και σε λίγα χρόνια θα λειτουργήσει και στην Ινδία (LIGO-India). Αυτό το παγκόσμιο δίκτυο ανιχνευτών θα μας επιτρέψει να κατανοήσουμε καλύτερα τη φύση της βαρύτητας, αλλά και να καταγράψουμε την ιστορία του σύμπαντος, με την ελπίδα να επιλυθεί κάποτε το μυστήριο της σκοτεινής ενέργειας. Σε αυτό, μελλοντικά, θα συνδράμει και ο διαστημικός ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων LISA, που είναι μια αποστολή της ESA και της NASA, στην οποία συμμετέχει η ερευνητική μου ομάδα στο ΑΠΘ», τονίζει ο καθηγητής.

Εδώ και πολλά χρόνια, οι ανακαλύψεις στον μικρόκοσμο και στον μακρόκοσμο είναι ομαδική δουλειά, στην οποία συμμετέχουν και Ελληνες ερευνητές σε ξένα πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα. Για τη χθεσινή ανακάλυψη εργάστηκαν, μεταξύ άλλων, οι Βίκυ Καλογερά (Northwestern), Κατερίνα Χατζηιωάννου (Caltech), Ερωτόκριτος Κατσαβουνίδης (MIT), Μιχάλης Αγαθός (Cambridge) Μιχάλης Αγαθός (Cambridge), Μαίρη Σακελλαριάδου (King’s College), Χάρης Μαρκάκης (Queen Mary) και, βέβαια, ο Σταύρος Κατσανέβας, ο πρόεδρος του European Gravitational Observatory, που λειτουργεί τον ανιχνευτή «Advanced Virgo». Στη νέα ομάδα του «Virgo» συμμετέχουν, εκτός από τον κ. Στεργιούλα, οι καθηγητές Γ. Παππάς και Α. Τέφας από το ΑΠΘ και ο Θ. Αποστολάτος από το ΕΚΠΑ.

Πηγή: kathimerini.gr

Κατηγορίες:
Νέα

Ο Karl Schwartzild, οι μαύρες τρύπες και η αρχική άρνηση της ύπαρξής τους από τον Einstein.

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Η συζήτηση που έγινε το περασμένο έτος με αφορμή την πρώτη, ιστορική φωτογραφία μαύρης τρύπας στο Διάστημα είχε ένα επαναλαμβανόμενο μοτίβο: ότι επιβεβαιώθηκε για ακόμη μία φορά η Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας που ο Αϊνστάιν διατύπωσε το 1915. Έτσι είναι. Όμως μέσα σε όλη αυτή τη φασαρία ξεχάσαμε ένα όνομα: αυτό του Karl Schwartzild.

schwarchild

Το 1916, όταν o χαρισματικός Καρλ Σβάρτσιλντ  προέβλεψε την ύπαρξη μαύρων τρυπών, ο Αϊνστάιν, παρά τον θαυμασμό του προς τους υπολογισμούς του Σβάρτσιλντ, απέρριψε κάθε τέτοιο ενδεχόμενο, θεωρώντας ότι η φύση θα είχε κάποια ασφαλιστική δικλίδα ώστε να μην επιτρέψει μια τέτοια τερατωδία.

Ήταν με τις δικές του εξισώσεις που ο Αυστριακός αστροφυσικός (σημαντικό όνομα στον καιρό του), στην ουσία, υπέδειξε στον Αϊνστάιν ότι, με βάση τους νόμους της δικής του θεωρίας, η κατάρρευση ενός άστρου μεγάλης μάζας πρέπει λογικά να οδηγεί σε μια τερατωδία: σε ένα αδιανόητα μικροσκοπικό σημείο άπειρης πυκνότητας, σε κάτι δηλαδή σαν ρωγμή στην υφή του χωροχρόνου, από τις ασύλληπτες βαρυτικές δυνάμεις της οποίας ούτε και αυτό το φως δεν θα μπορούσε να ξεφύγει – με άλλα λόγια, σε αυτό που σήμερα γνωρίζουμε ως «μαύρη τρύπα». Την περίπτωση του Σβάρτσιλντ αφηγείται ο αστροφυσικός Κιπ Θορν (νομπελίστας το 2017 για τον εντοπισμό των βαρυτικών κυμάτων έπειτα από σύγκρουση δύο μαύρων τρυπών) στο δίτομο «Μαύρες τρύπες και στρεβλώσεις του χρόνου. Η προκλητική κληρονομιά του Αϊνστάιν» (εκδ. Κάτοπτρο, 1999).

Ο Σβάρτσιλντ υπηρετούσε στο ρωσικό μέτωπο όταν έπεσε στα χέρια του το τεύχος των Πρακτικών της Πρωσικής Ακαδημίας Επιστημών της 25ης Νοεμβρίου του 1915, όπου και δημοσιευόταν η εργασία του Αϊνστάιν για τη Γενική Σχετικότητα. Οπως γράφει ο Θορν, «πολύ σύντομα επιχείρησε να ανακαλύψει τις προβλέψεις των νέων βαρυτικών νόμων του Αϊνστάιν για τα άστρα. (…) Ο υπολογισμός του ήταν κομψός και η γεωμετρία του καμπυλωμένου χωροχρόνου που προέβλεπε, η “Γεωμετρία Σβάρτσιλντ” όπως έγινε σύντομα γνωστή, έμελλε να επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό τις αντιλήψεις μας για τη βαρύτητα και το σύμπαν».

Η «Γεωμετρία Σβάρτσιλντ» προέβλεπε ότι για κάθε άστρο υπάρχει μια κρίσιμη περίμετρος, η οποία εξαρτάται από τη μάζα του: αυτό που παραξένεψε τον ίδιο τον Αϊνστάιν αλλά και ολόκληρη τη διεθνή κοινότητα των αστροφυσικών από το 1920 έως και το 1960, ήταν η πρόβλεψη για ένα άστρο με περίμετρο ακριβώς ίση με την κρίσιμη: σε αυτό, ο χώρος στη γειτονιά αυτού του άστρου είναι έντονα καμπυλωμένος και η διαστολή του χρόνου στην επιφάνειά του γίνεται άπειρη, δηλαδή ο χρόνος δεν κυλάει καθόλου, «παγώνει». Κατά συνέπεια, το φως «παγιδεύεται», το μήκος κύματός του γίνεται και αυτό άπειρο, άρα το άστρο πλέον πρέπει να φαίνεται απολύτως σκοτεινό.

Ο Σβάρτσιλντ απέστειλε στον Αϊνστάιν δύο εργασίες του βασισμένες στη δική του θεωρία. Ηταν στη δεύτερη όπου αναπτυσσόταν ο ακριβής υπολογισμός της καμπυλότητας του χωροχρόνου στο εσωτερικό του άστρου και ο Αϊνστάιν τη διάβασε στη Πρωσική Ακαδημία Επιστημών, στο Βερολίνο στις αρχές του 1916. Αλίμονο, την επόμενη φορά που ο Αϊνστάιν θα μιλούσε για τον Σβάρτσιλντ στην Πρωσική Ακαδημία θα ήταν για να ανακοινώσει τον θάνατό του στο ρωσικό μέτωπο από μεταδοτική ασθένεια.

Ομως, και πάλι, ο Σβάρτσιλντ δεν ήταν ο πρώτος που προέβλεψε κάτι τέτοιο. Ο Βρετανός φυσικός, φιλόσοφος Τζον Μίτσελ, το μακρινό 1783, έκανε λόγο για ετοιμοθάνατα άστρα με «κρίσιμη περίμετρο» που θα πρέπει λογικά να απορροφούν το φως και να εμφανίζονται σκοτεινά.

Δεκατρία χρόνια μετά, το 1796, ο Γάλλος φυσικός φιλόσοφος Πιερ-Σιμόν Λαπλάς έκανε ευρέως γνωστή την ίδια πρόβλεψη στο περίφημο έργο του «Το σύστημα του κόσμου». Αυτά σε μια εποχή όπου το φως εκλαμβάνεται ως συλλογή από σωματίδια. Ωστόσο, η ανακάλυψη της συμβολής του φωτός ως κύμα, υποχρέωσε τον Λαπλάς να παραλείψει τα περί «σκοτεινών άστρων» από τις κατοπινές εκδόσεις του «Συστήματος του κόσμου».

Στα τέλη της δεκαετίας του 1930 η «Γεωμετρία Σβάρτσιλντ» ήταν πια γνωστή ως «Ανωμαλία Σβάρτσιλντ», ακριβώς επειδή αυτό που συμβαίνει με τις μαύρες τρύπες είναι μια ανωμαλία. Η «Ανωμαλία Σβάρτσιλντ» επανήλθε στο προσκήνιο με μια εργασία του Ρόμπερτ Οπενχάιμερ το 1939, η οποία συζητήθηκε έντονα αλλά οποιαδήποτε περαιτέρω συζήτηση εγκαταλείφθηκε εξαιτίας του πολέμου. Η αστροφυσική έδωσε τη θέση της στην πυρηνική φυσική για πολεμικούς σκοπούς με τα γνωστά αποτελέσματα. Ουσιαστικά, όλοι οι μεγάλοι επιστήμονες της Αμερικής που ασχολήθηκαν με αυτό που αργότερα έγινε γνωστό ως «μαύρες τρύπες», συμμετείχαν στα μεγάλα αμερικανικά ατομικά προγράμματα.

Θα χρειαστεί να φτάσουμε στο 1967, όταν σε μια σχετική διάλεξη του κορυφαίου Αμερικανού φυσικού Τζον Αρτσιμπαλντ Ουίλερ, μπροστά στη δυσφορία του καθηγητή του σχετικά με το πώς πρέπει να ονομαστούν αυτές οι «αστρικές ανωμαλίες», ένας φοιτητής πέταξε: «Γιατί όχι μαύρες τρύπες;» Αυτό ήταν. Επρόκειτο για μια πολύ ελκυστική ονομασία που θα ζήλευε ένας καλός διαφημιστής.

Πίσω όμως στο 1916, όταν o χαρισματικός Σβάρτσιλντ ουσιαστικά προέβλεψε τη μαθηματική ύπαρξή τους, ο Αϊνστάιν, παρά τον θαυμασμό του προς τους υπολογισμούς του Σβάρτσιλντ, απέρριψε κάθε ενδεχόμενο πραγματικής ύπαρξής τους, θεωρώντας ότι η φύση θα είχε κάποια ασφαλιστική δικλίδα ώστε να μην επιτρέψει μια τέτοια τερατωδία. Τώρα πια ξέρουμε ότι εδώ ο Αϊνστάιν έκανε λάθος και ότι η φύση είναι πολύ πιο αλλόκοτη και από την πιο τρελή φαντασία. 

Πηγή: physics.gr/blog

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Η πρώτη φωτογραφία μαύρης τρύπας [και γιατί είναι σημαντική]

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Για πρώτη φορά στην ιστορία της αστρονομίας έχουμε τη δυνατότητα να δούμε την πρώτη φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας ή μάλλον το τι υπάρχει γύρω από μια μαύρη τρύπα, αφού οι μαύρες τρύπες είναι στην πραγματικότητα αόρατες, καθώς απορροφούν οτιδήποτε εντός τους, ακόμη και το φως.

Το περιβάλλον της τερατώδους μαύρης τρύπας στο γαλαξία M87

Το περιβάλλον της τερατώδους μαύρης τρύπας στην καρδιά του γαλαξία M87

Πρόκειται για την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που βρίσκεται στον γαλαξία  που ονομάζεται Messier 87 ή Α της Παρθένου, έχει μάζα 6,5 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την μάζα του Ήλιου(!) και διάμετρο 40 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα (τρία εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη Γη). O γαλαξίας Μ87 απέχει 52 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη.

focus_figure_1_resized

Εικόνες της μαύρης τρύπας M87* που προέκυψαν από την έρευνα που πραγματοποιήθηκε το 2017

Τις εικόνες παρουσίασε η συνεργασία Event Horizon Telescope που αποτελείται από ένα δίκτυο τηλεσκοπίων σε διάφορα μέρη του κόσμου. Η διασύνδεση των τηλεσκοπίων ισοδυναμεί με ένα τεράστιο εικονικό τηλεσκόπιο με μέγεθος σχεδόν όσο η Γη. Με αυτό τον τρόπο, δημιουργείται αρκετή δυνατότητα μεγέθυνσης, ώστε να απεικονισθεί η περιοχή γύρω από μια μαύρη τρύπα, ιδίως του λεγόμενου «ορίζοντα γεγονότων», δηλαδή της «περιμέτρου» πέρα από την οποία τίποτε δεν μπορεί να δραπετεύσει, ούτε το φως (γι’ αυτό, άλλωστε, μια μαύρη τρύπα λέγεται…μαύρη).

Αυτό που ανιχνεύει το υπερ-τηλεσκόπιο Event Horizon είναι η ακτινοβολία που εκπέμπει η μαύρη τρύπα, καθώς οι διεργασίες που εξελίσσονται εντός της προϋποθέτουν θερμοκρασίες που μετρώνται σε δισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Τα επιμέρους τηλεσκόπια συγκεντρώνουν δεδομένα από την παρατήρηση, τα οποία κατόπιν τροφοδοτούνται σε πανίσχυρους ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Η Τεχνητή Νοημοσύνη αναλαμβάνει να επεξεργαστεί τάχιστα ωκεανούς πληροφοριών και να συνθέσει εικόνες. Αυτές είναι και οι «φωτογραφίες» από την μαύρη τρύπα Μ87* που αποκαλύπτονται σήμερα.

Βίντεο: Στην σκιά μιας μαύρης τρύπας

Πηγή: iopscience.iop.org/journal

Κατηγορίες:
Νέα
web design by