Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Hawking miał rację co do czarnych dziur. Po 50 latach eksperymentalnie potwierdzono jego twierdzenie

Recommended Posts

W 1971 roku Stephen Hawking stwierdził, że powierzchnia horyzontu zdarzeń czarnej dziury nie może się skurczyć. Teraz, niemal 50 lat po sformułowaniu tego prawa, fizycy z MIT i innych uczelni potwierdzili, że Hawking miał rację.

Naukowcy wykorzystali przy tym sygnał grawitacyjny GW150914. To pierwsza fala grawitacyjna, wykryta przez LIGO w 2015 roku. Fala powstała w wyniku oddziaływania dwóch krążących wokół siebie czarnych dziur, w które w końcu się połączyły w jedną czarną dziurę.

Jeśli Hawking miał rację, to powierzchnia horyzontu zdarzeń nowej czarnej dziury nie powinna być mniejsza od powierzchni horyzontów zdarzeń jej dwóch dziur. Fizycy przeanalizowali sygnał GW150914 sprzed i po zderzeniu dziur i stwierdzili, że po połączeniu obiektów całkowita powierzchnia nowego horyzontu zdarzeń nie zmniejszyła się.

To pierwsze obserwacyjne potwierdzenie słów Hawkinga. Dotychczas specjaliści byli w stanie udowodnić je matematycznie, ale nie obserwacyjnie. Autorzy badań chcą przeanalizować inne fale grawitacyjne, by sprawdzić, czy również i w nich znajdą potwierdzenie sformułowanego przez Hawkinga prawa.

Możliwe, że istnieje wiele różnych kompaktowych obiektów w przestrzeni kosmicznej. Niektóre z nich mogą być czarnymi dziurami, dla których opisy Einsteina i Hawkinga są ważne, inne zaś mogą zachowywać się nieco inaczej. To nie jest tak, że wystarczy potwierdzić coś raz i tyle wystarczy, mówi główny autor badań, Maximiliano Isi z Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. W badaniach bali tez udział Will Farr ze Stony Brook University, Matthew Giesler i Saul Teukolsky z Cornell University oraz Mark Scheel z Caltechu.

Gdy w 2015 roku LIGO wykrył fale grawitacyjne, Stephen Hawking skontaktował się z profesorem Kipem Thornem, współzałożycielem LIGO i zapytał go, czy wykrycie fal grawitacyjnych pozwala potwierdzić jego twierdzenie o powierzchni horyzontu zdarzeń. Wówczas jednak naukowcy nie byli w stanie pozyskać z sygnału odpowiednich danych sprzed i po połączeniu czarnych dziur, więc nie mogli porównać powierzchni horyzontów zdarzeń.

Dopiero w 2019 roku Isi i jego koledzy opracowali technikę, która pozwoliła na pozyskanie odpowiednich informacji z konkretnych zarejestrowanych częstotliwości. Informacje te można następnie wykorzystać do obliczenia masy i spinu czarnej dziury. Z kolei masa i spin są bezpośrednio związane z powierzchnią horyzontu zdarzeń.

Gdy już mieli tę technikę opanowaną, „wystarczyło” podzielić sygnał GW150914 w jego szczycie. Analiza sygnału sprzed szczytu pochodziła z dwóch krążących wokół siebie czarnych dziur, a nowa technika pozwoliła na określenie ich masy i spinu sprzed połączenia się. Na tej podstawie wyliczyli powierzchnię horyzontu zdarzeń obu czarnych dziur na około 235 000 kilometrów kwadratowych. Następnie w podobny sposób policzyli powierzchnię horyzontu zdarzeń nowo powstałej czarnej dziury i okazało się, że wynosi ona 367 000 km2.

Dane bezsprzecznie pokazują, że po połączeniu powierzchnia horyzontu zdarzeń zwiększyła się, mówi Isi.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Chodzi chyba o to, że nie może się skurczyć w wyniku klasycznych procesów, o ile zderzenie dwóch BH można nazwać klasycznym :) Promieniowanie Hawkinga czy inne efekty kwantowe dalej mogą odparować czarną dziurę i zmniejszyć powierzchnię horyzontu zdarzeń. Dobrze kombinuję? :) 

Edited by cyjanobakteria

Share this post


Link to post
Share on other sites

Promień Schwarzschilda z 1916 roku ( https://en.wikipedia.org/wiki/Schwarzschild_radius ) jest proporcjonalny do masy, czyli powierzchnia do kwadratu masy - np. łącząc dwie czarne dziury o tej samej masie, pole powierzchni powinno wzrosnąć ze 2 razy ... to że nie zmalało nie jest niespodzianką.

Dodatkowo przyjmuje się że jednak powoli maleje - poprzez promieniowanie Penrosa.

Share this post


Link to post
Share on other sites

No Jarek dobrze kombinuje. Ten artykuł, wzorowany na wielu innych, nie jest o tym o czym się wydaje że jest. Dlatego uważnemu czytelnikowi coś tu się nie klei.
No bo, to że masa powstałej CD jest mniejsza - to było wiadomo od razu przy detekcji fal grawitacyjnych.
Tylko że powierzchnia horyzontu zależy od masy i SPINU i ŁADUNKU. I to z tym spinem był problem w tym wypadku.
W ogóle to tych rodzajów CD jest kilka - a zazwyczaj wszyscy odnoszą się do klasycznej, wiecznej, niewirującej i bez ładunku CD.

W dniu 5.07.2021 o 18:00, cyjanobakteria napisał:

Promieniowanie Hawkinga czy inne efekty kwantowe dalej mogą odparować czarną dziurę i zmniejszyć powierzchnię horyzontu zdarzeń.

Tak, ale to jest tak wolne że nigdy tego przy naszych możliwościach obserwacyjnych zapewne nie zauważymy - temperatura promieniowania przeciętnej i większej CD jest dużo niższa niż mikrofalowego promieniowania tła - to jak próba obserwacji świeczki poprzez zapaloną żarówkę.
A przecież CD straciły przy zlaniu się bardzo dużo masy, czyli samo łączenie CD sprawia że część energii wraca do naszej czasoprzestrzeni.

Edited by thikim

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Astronomowie pracujący przy Event Horizon Telescope (EHT, Teleskop Horyzontu Zdarzeń) pokazali pierwszy obraz Sagittariusa A*, czyli supermasywnej czarnej dziury znajdującej się w centrum Drogi Mlecznej. Co prawda nie jesteśmy w stanie dostrzec samej czarnej dziury, ale możemy zobrazować rozgrzany świecący gaz krążący wokół niej. EHT zarejestrował światło zakrzywione przez potężną grawitację Sgr A*, która jest 4 000 000 razy bardziej masywna od Słońca.
      Teleskop Horyzontu Zdarzeń to projekt naukowy, w którym uczestniczą radioteleskopy rozsiane po cały świecie. Celem projektu jest obserwacja Sgr A* i M87*, co ma pozwolić na weryfikację OTW, zrozumienie procesu akrecji oraz powstawania dżetów wokół czarnych dziur.
      Byliśmy zaskoczeni tym, jak dobrze rozmiary dysku otaczającego czarną dziurę zgadza się z Ogólną Teorią Względności Einsteina, mówi Geoffrey Bower z EHT. Te bezprecedensowe obserwacje znakomicie uzupełniają naszą wiedzę o tym, co dzieje się w centrum naszej galaktyki i dają nam wgląd w interakcje pomiędzy masywnymi czarnymi dziurami, a otoczeniem.
      Przed trzema laty EHT pokazał nam pierwszy w historii obraz czarnej dziury. Zobrazował wówczas M87*, znajdującą się w centrum galaktyki Messier 87.
      Teraz widzimy, że Sgr A* jest bardzo podobna do M87*, mimo tego, że jest od niej ponad tysiąc razy mniejsza i mniej masywna. Mamy dwa całkowicie różne typy galaktyk i dwie czarne dziury o zupełnie innych masach. Ale blisko krawędzi dziury te wyglądają zadziwiająco podobnie, stwierdza Sera Makroff z Uniwersytetu w Amsterdamie.
      Uzyskanie obrazu Sgr A* było znacznie trudniejsze niż M87*. Gaz w pobliżu obu tych czarnych dziur porusza się z taką samą prędkością bliską prędkości światła. Jednak o ile obiegnięcie M87* zajmuje gazowi dni lub tygodnie, to w przypadku SgrA* są to zaledwie minuty. A to oznacza, że jasność gazu i jej wzorzec szybko się zmieniają. Próba sfotografowania takiego obiektu przypomina próbę uzyskania ostrego zdjęcia szczeniaka próbującego schwytać własny ogon, wyjaśnia Chi-kwan Chan z University of Arizona.
      Naukowcy musieli więc opracować zaawansowane narzędzia, które brałyby pod uwagę ruch gazu wokół Sgr A*. O ile zatem M87* była łatwiejszym, bardziej stabilnym obiektem do zobrazowania, w przypadku którego niemal wszystkie zdjęcia wyglądały tak samo, to Sgr A* na każdym z ujęć wyglądała inaczej. Potrzeba było współpracy 300 specjalistów z 80 instytucji na całym świecie, by uzyskać pierwszy uśredniony obraz czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Profesor Bożena Czerny z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN jest pierwszą Polką uhonorowaną Nagrodą im. Lodewijka Woltjera przez Europejskie Towarzystwo Astronomiczne. Polska uczona została nagrodzona za wkład w zrozumienie fizyki dysków akrecyjnych i obszarów powstawania szerokich linii emisyjnych w aktywnych jądrach galaktyk, a także za prace nad kwazarami i ciemną energią.
      Profesor Czerny ukończyła fizykę teoretyczną na Uniwersytecie Warszawskim. W 1978 roku rozpoczęła pracę w Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika PAN. W 1984 roku uzyskała tytuł doktora. Jej rozprawa dotyczyła dysków akrecyjnych. W 2015 roku rozpoczęła pracę w Centrum Fizyki Teoretycznej PAN. W latach 2012–2020 była wydawcą naukowym The Astrophysical Journal Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego, w 2019 roku Czeska Akademia Nauk uhonorowała panią profesor Medalem Zasługi im. Ernsta Macha.
      Zainteresowania naukowe profesor Czerny dotyczą głównie modelowania procesów zachodzących w pobliżu czarnych dziur w centrach aktywnych galaktyk, w układach podwójnych oraz porównywania modeli z danymi obserwacyjnymi. Już na początku swojej kariery naukowej zaczęła badać fizyczne podstawy ruchu materii z wewnętrznych obszarów dysku akrecyjnego w kierunku horyzontu zdarzeń. Jest jednym z pionierów badań nad zmiennością promieniowania rentgenowskiego w aktywnych centrach galaktyk i pionowym ułożeniem warstw w dyskach akrecyjnych.
      We współpracy z naukowcami z Uniwersytetów Cambridge, Harvarda i Leicester badała emisję z dysków akrecyjnych w aktywnych jądrach galaktyk. Badała niestabilności dysków akrecyjnych, a w 2011 roku stworzyła, bazujący na ciśnieniu promieniowania działającym na pył nowy model struktury obszarów powstawania szerokich linii emisyjnych (FRADO – Failed Radiatively Accelerated Dusty Outflow). W ostatnim czasie uczona skupia się na pomiarach światła w echo odległych kwazarów, by w ten sposób dokładniej określić odległość do nich.
      Cieszę się, że jako Polka mogę mieć tak duży wkład w rozwój fizyki i astronomii. Każda publikacja, nowe odkrycie i zdobywane nagrody motywują do dalszego działania. Wierzę w to, że swoją aktywnością otwieram furtkę do lepszego zrozumienia wszechświata, mówi profesor Czerny.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przed dwoma laty Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) poinformowało o odkryciu najbliższej Ziemi czarnej dziury. Jednak najnowsze badania przeprowadzone m.in. na Uniwersytecie Katolickim w Leuven (KU Leuven) pokazały, że w układzie HR 6819 nie ma czarnej dziury. Składa się on za to z dwóch gwiazd, z których jedna pochłania drugą.
      Autorzy pierwotnych badań nad HR 6819 twierdzili, że odległy od nas o 1000 lat świetlnych układ składa się z czarnej dziury, gwiazdy obiegającaj ją zaledwie w ciągu 40 dni oraz jeszcze jednej gwiazdy, na znacznie szerszej orbicie wokół tych dwóch obiektów.
      Jednak zespół badawczy z KU Leuven, na którego czele stała doktorantka Julia Bodensteiner zaproponował właśnie inną interpretację danych. Zdaniem belgijskich naukowców HR 6819 składa się wyłącznie z dwóch gwiazd, obiegających się wciągu 40 dni. Jedna z tych gwiazd została odarta przez swojego towarzysza ze znacznej ilości materii.
      Osiągnęliśmy limit możliwych do zdobycia danych. Musieliśmy więc przyjąć inną strategię obserwacyjną, by zdecydować, który scenariusz jest bardziej możliwy, mówi Abigail Frost z KU Leuven. Zespoły z ESO i KU Leuven połączyły więc siły.
      Naukowcy zdecydowali się wykorzystać Very Large Telescope Interferometer (VLTI). VLTI to jedyne urządzenie, które mogło dostarczyć nam decydujących informacji, pozwalających na rozstrzygnięcie, jak naprawdę wygląda HR 6819, dodaje Dietrich Baade, współautor wcześniejszych badań. Scenariusze, które rozważaliśmy, były jasno opisane i można było je od siebie łatwo odróżnić za pomocą odpowiednich instrumentów, stwierdzają naukowcy.
      Oba zespoły zgadzały się co do tego, że HR 6819 składa się z dwóch źródeł światła. Trzeba było określić, czy są to czarna dziura z orbitującą wokół gwiazdą oraz odległa gwiazda czy też dwie gwiazdy na ciasnej orbicie, z których jedna została pozbawiona znacznej części materii.
      Do rozstrzygnięcia sporu zaangażowano dwa instrumenty wchodzące w skład VLTI: GRAVITY oraz MUSE. "MUSE potwierdził, że nie ma jasnego źródła światła na szerokiej orbicie, a dzięki wysokiej rozdzielczości GRAVITY byliśmy w stanie zauważyć dwa źródła światła, któe dzieli zaledwie 1/3 odległości pomiędzy Ziemią z Słońcem", stwierdzili uczeni.
      Stwierdzono zatem, że HR 6819 to układ podwójny, w którym niedawno jedna z gwiazd wyssała atmosferę gwiazdy jej towarzyszącej.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W odległości 9 miliardów lat świetlnych od Ziemi dwie supermasywne czarne dziury okrążają się co 2 lata. Masa każdej z nich jest setki milionów razy większa niż masa Słońca, a dzieli je odległość zaledwie 50 razy większa niż dystans pomiędzy Plutonem z Słońcem. Gdy za 10 000 lat obie czarne dziury się połączą, dojdzie do gigantycznej kolizji, która wstrząśnie czasoprzestrzenią i wyśle przez wszechświat fale grawitacyjne.
      Czarne dziury zostały odkryte przez astronomów z California Institute of Technology (Caltech), którzy obserwowali odległy kwazar. Kwazary to aktywne galaktyki o olbrzymiej mocy promieniowania. Promieniowanie to pochodzi z dysku akrecyjnego masywnej czarnej dziury znajdującej się w centrum galaktyki. Jest ono tak intensywne, że cała galaktyka wygląda jak gwiazda. Uczeni przyglądali się kwazarowi PKS 2131-021. Już wcześniej wiedziano, że kwazary mogą posiadać dwie supermasywne czarne dziury, ale zdobycie dowodu na to było niezwykle trudne.
      Zespół z Caltechu informuje właśnie na łamach The Astrophysical Journal Letters, że PKS 2131-021 to drugi znany nam obiekt, w którym mogą istnieć dwie supermasywne czarne dziury będące właśnie w trakcie łączenia się. Pierwszym takim obiektem jest kwazar OJ 287, w którym czarne dziury okrążają się w ciągu 9 lat. W przypadku PKS 2131-021 okres ten wynosi zaledwie 2 lata.
      Dowody na istnienie dwóch czarnych dziur w badanym kwazarze pochodzą z obserwacji radiowych prowadzonych przez 45 lat. Pięć różnych obserwatoriów astronomicznych zarejestrowało zmiany jasności kwazaru w paśmie radiowym. Są one powodowane zmianami pozycji względem ziemi potężnego dżetu wydobywającego się z jednej z czarnych dziur. A do zmian tej pozycji dochodzi, gdyż w kwazarze są dwie czarne dziury krążące wokół siebie. Wykres zmian jasności to niemal idealna sinusoida. Niczego wcześniej nie zaobserwowano w żadnym z kwazarów.
      Gdy zdaliśmy sobie sprawę, że szczyty i doliny wykresu dla danych z nowych obserwacji są takie, jak szczyty i doliny wykresu danych z lat 1975–1983, wiedzieliśmy, że dzieje się tam coś szczególnego, mówi główna autorka badań, studentka Sandra O'Neill. Zmiany w PKS 2131 nie są po prostu okresowe. To zmiany sinusoidalne. A to oznacza, że występuje tam wzór, który możemy śledzić w czasie, mówi mentor O'Neill profesor Tony Readhead.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Członkowie międzynarodowego zespołu astronomów, w skład którego wchodzą naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego, informują na łamach arXiv o odkryciu czarnej dziury wielkości gwiazdowej, która samotnie przemierza wszechświat. Obiekt znajduje się w odległości 5000 lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Strzelca.
      Już wcześniej w Drodze Mlecznej odkrywano czarne dziury o masach gwiazdowych, jednak zawsze odkryć dokonywano dlatego, że widoczne było ich oddziaływanie na towarzyszące im gwiazdy – czemu towarzyszyła emisja w zakresie promieniowania rentgenowskiego – lub też rejestrowano fale grawitacyjne powstające podczas zderzeń, w których czarne dziury brały udział. Teraz, po raz pierwszy udało się zarejestrować izolowaną czarną dziurę o masie podobnej do masy gwiazdy.
      Czarną dziurę odkryto dzięki zastosowaniu astrometrii zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego. W technice tej bada się przesunięcia astrometryczne obiektu wywołującego mikrosoczewkowanie.
      Naukowcy od wielu lat bacznie obserwują gwiazdy w tle Drogi Mlecznej. W 2011 roku teleskopy w Nowej Zelandii i Chile zarejestrowały interesujący przypadek mikrosoczewkowania. Zjawisko było na tyle intrygujące, że postanowiono przyjrzeć mu się bliżej za pomocą Teleskopu Hubble'a. Astronomowie badali, jak zmienia się światło gwiazd w tle obiektu powodującego mikrosoczewkowanie i próbowali określić, co to za obiekt.
      Obserwowaliśmy ten obiekt przez sześć lat, a okresy obserwacji wynosiły od 6 do 12 miesięcy w danym roku, mówi główny autor badań Kailash Sahu ze Space Telescope Science Institute w Baltimore. Hubble pozwolił na pomiary pozornych zmian pozycji gwiazd w tle z dokładnością do 0,2 milisekundy kątowej. To około 10 milionów razy mniej niż widoczna średnica księżyca w pełni, wyjaśnia Martin Dominik z brytyjskiego University of St. Andrews.
      Zebrane dane wskazują, że obserwowany obiekt ma masę około 7-krotnie większą od masy Słońca. Zdaniem naukowców nie może być to gwiazda ciągu głównego lub grupa gwiazd, gdyż zaobserwowano by promieniowanie. Jest z kolei zbyt masywny jak na białego karła czy podwójną gwiazdę neutronową.
      Obiekt porusza się też z zadziwiającą prędkością 162 000 km/h. Żadna z gwiazd w jego otoczeniu nie porusza się tak szybko. Dlatego też sądzimy, że tę czarną dziurę przyspieszyła eksplozja supernowej, w wyniku której powstała, dodaje Sahu.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...