25 мая, 2022

bolgrad

Находите самые свежие мировые новости со всего мира в Болграде.

Масштабированные «тени» двух сверхмассивных черных дыр в процессе столкновения

В этом моделировании слияния сверхмассивных черных дыр ближайшая к наблюдателю черная дыра с синим смещением раздувает черную дыру с красным смещением на заднем плане через гравитационную линзу. Исследователи обнаружили явное падение яркости, когда ближайшая черная дыра прошла перед тенью своего аналога, и это наблюдение можно использовать для измерения размера черных дыр и проверки альтернативных теорий гравитации. Кредит: Хорди Давилар

В процессе слияния сверхмассивных черных дыр появился новый способ измерения вакуума

Ученые открыли способ количественной оценки «теней» двух сверхмассивных черных дыр в процессе столкновения, что дает астрономам потенциальный новый инструмент для измерения черных дыр в далеких галактиках и проверки альтернативных гравитационных теорий.

Три года назад мир был ошеломлен первым изображением черной дыры. Черная дыра из ниоткуда, окруженная кольцом огненного света. Этот культовый образ[{» attribute=»»>black hole at the center of galaxy Messier 87 came into focus thanks to the Event Horizon Telescope (EHT), a global network of synchronized radio dishes acting as one giant telescope.

Now, a pair of Columbia researchers have devised a potentially easier way of gazing into the abyss. Outlined in complementary research studies in Physical Review Letters and Physical Review D, their imaging technique could allow astronomers to study black holes smaller than M87’s, a monster with a mass of 6.5 billion suns, harbored in galaxies more distant than M87, which at 55 million light-years away, is still relatively close to our own Milky Way.

Моделирование гравитационных линз в паре сверхмассивных компактных черных дыр. Кредит: Джорди Девалар

Эта техника имеет только два требования. Во-первых, вам нужна пара сверхмассивных черных дыр посреди слияния. Во-вторых, вы должны смотреть на пару примерно под боковым углом. С этой точки зрения, когда одна черная дыра проходит перед другой, вы должны увидеть яркую вспышку света, поскольку светящееся кольцо черной дыры увеличивается ближайшей к вам черной дырой, явление, известное как гравитационное линзирование.

READ  Огромный птеродактиль - самое большое летающее животное, когда-либо существовавшее на этой планете.

Эффект линзы хорошо известен, но исследователи обнаружили здесь тонкий сигнал: характерное падение яркости, соответствующее «тени» черной дыры на заднем плане. Это тонкое затемнение может длиться от нескольких часов до нескольких дней, в зависимости от размера черных дыр и того, насколько запутаны их орбиты. Исследователи говорят, что если вы измерите, как долго длится падение, вы сможете оценить размер и форму тени, создаваемой горизонтом событий черной дыры, точкой выхода, из которой ничего не ускользает, даже свет.

Моделирование слияния сверхмассивных черных дыр

В этом моделировании пары сверхмассивных слившихся черных дыр ближайшая к наблюдателю черная дыра приближается и, таким образом, кажется синей (врезка 1), раздувая смещенную в красную сторону черную дыру за счет гравитационного линзирования. Поскольку ближайшая черная дыра усиливает свет черной дыры дальше (вставка 2), наблюдатель видит яркую вспышку света. Но когда ближайшая черная дыра проходит перед бездной или тенью самой дальней черной дыры, зритель видит небольшое уменьшение яркости (вставка 3). Это уменьшение яркости (3) хорошо видно на данных кривой блеска под изображениями. Кредит: Джорди Девалар

«Потребовались годы и огромные усилия со стороны десятков ученых, чтобы сделать это изображение с высоким разрешением черных дыр M87», — сказал первый автор исследования Джорди Давилар, постдоктор Колумбийского и Центра вычислительной астрофизики Флэтайрон. «Этот подход работает только с самыми большими и близкими черными дырами — парой в ядре M87 и, возможно, нашим Млечным Путем».

Он добавил: «С помощью нашего метода вы измеряете яркость черных дыр с течением времени, и вам не нужно пространственно разрешать каждый объект. Должна быть возможность найти этот сигнал во многих галактиках».

Тень черной дыры — ее самая загадочная и поучительная черта. «Это темное пятно говорит нам о размере черной дыры, форме пространства-времени вокруг нее и о том, как материя попадает в черную дыру вблизи ее горизонта», — сказал соавтор исследования Золтан Хайман, профессор физики Колумбийского университета.

Наблюдение за слиянием сверхмассивных черных дыр

Когда слияние сверхмассивных черных дыр наблюдается сбоку, ближайшая к наблюдателю черная дыра увеличивает черную дыру, находящуюся дальше, за счет эффекта гравитационной линзы. Исследователи обнаружили кратковременное падение яркости, соответствующее «тени» далекой черной дыры, что позволило зрителю оценить ее размер. Предоставлено: Николетта Баролвини

Тени черной дыры могут скрывать тайну истинной природы гравитации, одной из фундаментальных сил нашей Вселенной. Теория гравитации Эйнштейна, известная как общая теория относительности, предсказывает размер черных дыр. Итак, физики искали их, чтобы проверить альтернативные теории гравитации, пытаясь примирить две конкурирующие идеи о том, как работает природа: общую теорию относительности Эйнштейна, которая объясняет крупномасштабные явления, такие как планеты, вращающиеся вокруг планет, и расширяющуюся вселенную, и квантовую физику. что объясняет, как маленькие частицы, такие как электроны и фотоны, могут одновременно занимать несколько состояний.

READ  Сотрудник Starbucks дал положительный результат на гепатит А, который может подвергнуть тысячи клиентов вирусу.

Исследователи заинтересовались воспламенением сверхмассивных черных дыр в следующем мастер Предполагаемая пара сверхмассивных черных дыр в центре далекой галактики в ранней Вселенной.[{» attribute=»»>NASA’s planet-hunting Kepler space telescope was scanning for the tiny dips in brightness corresponding to a planet passing in front of its host star. Instead, Kepler ended up detecting the flares of what Haiman and his colleagues claim are a pair of merging black holes.

They named the distant galaxy “Spikey” for the spikes in brightness triggered by its suspected black holes magnifying each other on each full rotation via the lensing effect. To learn more about the flare, Haiman built a model with his postdoc, Davelaar.

They were confused, however, when their simulated pair of black holes produced an unexpected, but periodic, dip in brightness each time one orbited in front of the other. At first, they thought it was a coding mistake. But further checking led them to trust the signal.

As they looked for a physical mechanism to explain it, they realized that each dip in brightness closely matched the time it took for the black hole closest to the viewer to pass in front of the shadow of the black hole in the back.

The researchers are currently looking for other telescope data to try and confirm the dip they saw in the Kepler data to verify that Spikey is, in fact, harboring a pair of merging black holes. If it all checks out, the technique could be applied to a handful of other suspected pairs of merging supermassive black holes among the 150 or so that have been spotted so far and are awaiting confirmation.

READ  Метеор пробивает потолок и приземляется на женскую кровать.

As more powerful telescopes come online in the coming years, other opportunities may arise. The Vera Rubin Observatory, set to open this year, has its sights on more than 100 million supermassive black holes. Further black hole scouting will be possible when NASA’s gravitational wave detector, LISA, is launched into space in 2030.

“Even if only a tiny fraction of these black hole binaries has the right conditions to measure our proposed effect, we could find many of these black hole dips,” Davelaar said.

References:

“Self-Lensing Flares from Black Hole Binaries: Observing Black Hole Shadows via Light Curve Tomography” by Jordy Davelaar and Zoltán Haiman, 9 May 2022, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.191101

“Self-lensing flares from black hole binaries: General-relativistic ray tracing of black hole binaries” by Jordy Davelaar and Zoltán Haiman, 9 May 2022, Physical Review D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.105.103010