Dwie masywne czarne dziury na ścieżce do zderzenia zniekształcą przestrzeń i czas

Około 9 miliardów lat świetlnych od nas we wszechświecie krążą wokół siebie dwie gigantyczne czarne dziury – i to złowróżbnie. To taniec, który nie będzie trwał wiecznie. Za około 10 000 lat para się zderzy. Zlewałyby się w jedną ogłuszającą otchłań z siłą na tyle ogromną, by za pomocą erupcji fal zniekształcić tkankę czasu i przestrzeni.

Każda supermasywna pustka jest tak masywna, że ​​nasze umysły ledwo są w stanie pojąć i osiągnąć jej wagę. Są setki milionów mas naszego Słońca, ale są bardzo blisko siebie w relatywistycznej skali kosmicznej — dzielą około 50 razy odległość między Ziemią a Plutonem. Dla kontekstu czarna dziura jest po prostu Połowa wielkości piłki golfowej Miałby masę odpowiadającą całej naszej planecie.

W środę w Astrophysical Journal LettersNaukowcy opublikowali badanie dotyczące wakuoli Waltza, opisując ten system jako drugiego znanego kandydata do łączenia się supermasywnych czarnych dziur, jaki kiedykolwiek znaleziono. Jak się wydaje, spektakl czarnych dziur przypomina równie ekscytującą historię odkrycia.

W 2008 roku współautor badań Tony Redhead, astronom z California Institute of Technology, wraz z kolegami zaczęli obserwować niebo pod kątem galaktyk z jądrami, które zawierają aktywne czarne dziury. Dokładniej rzecz biorąc, poszukiwali pustych przestrzeni z centralnymi dżetami, które wyrzucają strumienie materii z niewiarygodną prędkością bliską prędkości światła, skąpiąc w ten sposób wszechświat w jasności.

Normalnie te aktywne centra galaktyczne nazywane są kwazarami, ale celem Rudzielca było znalezienie podklasy kwazarów zwanych blazarami. Krótko mówiąc, strumienie blazara kierowane są bezpośrednio na ziemię. Od lat Readhead zdołał monitorować około 1000 takich ogromnych pakietów. Potem w 2020 roku ujawniło się coś dziwnego. Wyłoniła się czarna dziura o nazwie PKS 2131-021, ponieważ wykazuje pewną częstotliwość kontrastu światła, którą Readhead nazywa wzorem sinusoidalnym. Wzory sinusoidalne zasadniczo wyglądają jak fale w górę iw dół na diagramie. Możesz myśleć o nim jako o wzgórzach i dolinach.

Bez takiej kontrolki, Readhead sprawdził, jak daleko wstecz jest liczba. Po przeanalizowaniu danych z radioteleskopu z potężnych maszyn takich jak National Radio Astronomy National Radio Astronomy Extra Long Baseline Setzespół znalazł wzór sięgający 1981 roku.

Ale ponieważ istnieje wiele luk w spójności fal sinusoidalnych, „historia miała się na tym skończyć, ponieważ nie zdawaliśmy sobie sprawy, że istniały dane na temat tego obiektu przed 1980 r.” Rudy powiedział w oświadczeniu. „Ale potem Sandra podjęła ten projekt w czerwcu 2021 roku”, główna autorka nowego badania, Sandra O’Neill, studentka studiów licencjackich w Caltech. „Bez niej to piękne odkrycie leżałoby na półce”.

O’Neill odkrył, że styl trwał dobrze w latach 70. i utrzymywał w tym czasie znacznie silniejszą spójność. w obecnej sytuacjiO’Neill powiedział: „Kiedy zdaliśmy sobie sprawę, że niedawno odkryte szczyty i doliny krzywej blasku pasują do szczytów i dołków zaobserwowanych w latach 1975-1983, wiedzieliśmy, że dzieje się coś wyjątkowego”.

Wtedy wkroczył współautor Roger Blandford, astrofizyk z Caltech. Bear Redhead, Blandford modelował falę sinusoidalną i odkrył, że wzór był spowodowany ruchem nie jednej, ale dwa Czarne dziury, chociaż tylko jedna, emitują płaszczyznę w zmiennym sinusoidalnym wzorze światła. Blandford pomógł również zdać sobie sprawę, że supermasywne puste przestrzenie okrążają się nawzajem raz na dwa lata lub pięć lat po uwzględnieniu tempa ekspansji wszechświata. „Zanim Roger nad tym pracował, nikt nie przypuszczał, że układ podwójny z płaszczyzną relatywistyczną będzie miał taką krzywą, jak ta” – powiedział Rudy.

Być może najbardziej zaskakujące było odkrycie podwójnego układu czarnych dziur PKS 2131-021, który mógłby pomóc w badaniach fal grawitacyjnych lub zmarszczek we wszechświecie utworzonym przez ultrasilne siły grawitacyjne. Po raz pierwszy omówiony przez Alberta Einsteina sto lat temu, istnienie fal grawitacyjnych przez długi czas było uważane za nie do udowodnienia, ponieważ fale są wynikiem ogólnej teorii względności, która sprawia, że ​​zaginanie umysłu czasoprzestrzeni jest rodzajem namacalnej tkaniny zdolnej do falowania.

Ale te wątpliwości rozwiały się w 2016 roku. Naukowcy z Laserowe Obserwatorium Fal Grawitacyjnychznany również jako LIGO, zaszokował świat, gdy ogłosili Po raz pierwszy takie fale wykryto w wyniku zderzenia dwóch czarnych dziur, który, jak możesz sobie wyobrazić, generował ogromną siłę grawitacyjną. Zasadniczo LIGO w końcu dowiodło genialnego przypuszczenia Einsteina: czasoprzestrzeń to tkanina, która może być falowana przez grawitację, tak jak wrzucenie monety do jeziora powoduje fale w wodzie.

Jednak w miarę jak LIGO kontynuuje śledzenie swojej ścieżki badając deformację czasoprzestrzeni, autorzy badania podkreślili, że jego detektor nie może wychwycić zmarszczek z supermasywnych czarnych dziur, takich jak dwa w PKS 2131-021. Mówią, że LIGO przoduje w znajdowaniu fal wytwarzanych przez puste przestrzenie o masie dziesiątek razy większej od masy naszego Słońca.

Dlatego naukowcy muszą odkryć wzory sinusoidalnych fal świetlnych tworzonych przez dżety czarnej dziury z Wielkiej Otchłani. „Ta praca pokazuje wartość dokładnego monitorowania tych źródeł przez wiele lat w celu prowadzenia badań naukowych” – powiedział Blandford w oświadczeniu.

Zamiast tego Redhead porównuje sagę o tych supermasywnych czarnych dziurach do „dobrej powieści detektywistycznej”.