Hawkingov izrek o črni luknji prvič potrjuje opazovanje

Umetnikov vtis trčenja in spajanja dveh črnih lukenj.

Študija zagotavlja dokaze, ki temeljijo na gravitacijskih valovih, da bi pokazali, da celotna površina obzorja dogodkov črne luknje nikoli ne more biti manjša.

Obstajajo določena pravila, ki jih morajo upoštevati tudi najbolj ekstremni predmeti v vesolju. Osrednji zakon za črne luknje napoveduje, da se območje njihovega obzorja dogodkov – meja, čez katero nič ne more uiti – nikoli ne sme skrčiti. Ta zakon je Hawkingov terenski izrek, poimenovan po fiziku Stephenu Hawkingu, ki je izrek izpeljal leta 1971.

Petdeset let kasneje so fiziki z MIT in drugje z opazovanjem gravitacijskih valov prvič potrdili Hawkingov izrek o polju. Njihovi rezultati bodo objavljeni danes (1. julija 2021) v Ljubljani fizični pregledni članek.

V študiji so si raziskovalci podrobneje ogledali GW150914, prvi signal gravitacijskega vala, ki ga je leta 2015 odkril Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Signal je bil produkt dveh induktivnih črnih lukenj, ki sta ustvarili novo črno luknjo. , pa tudi ogromne količine energije, ki se valovi skozi prostor-čas kot gravitacijski valovi.

Če velja Hawkingov izrek o polju, potem območje obzorja nove črne luknje ne sme biti manjše od celotnega območja obzorja njene nadrejene črne luknje. V novi študiji so fiziki ponovno analizirali signal iz GW150914 pred in po kozmičnem trku in ugotovili, da se celotno območje obzorja dogodkov po združitvi dejansko ni zmanjšalo – rezultat poročajo s 95-odstotno zanesljivostjo.

Trk dveh črnih lukenj GW150914

Fiziki na MIT in drugje so z gravitacijskimi valovi prvič potrdili Hawkingov izrek o polju črne luknje. Ta računalniška simulacija prikazuje trk dveh črnih lukenj, ki ustvarjata signal gravitacijskega vala, GW150914. kredit: Simulacija projekta Extreme Spacetimes (SXS). kredit: Prispevek LIGO

Njihove ugotovitve pomenijo prvo neposredno opazovalno potrditev Hawkingovega izrek polja, ki je bila matematično dokazana, vendar v naravi doslej še ni bila opažena. Ekipa namerava preizkusiti prihodnje signale gravitacijskih valov, da bi ugotovila, ali lahko potrdijo Hawkingov izrek ali so znak nove fizike, ki upogiba zakone.

READ  Satelit iz lesa

“Možno je, da obstaja živalski vrt z različnimi kompaktnimi predmeti, nekateri pa so črne luknje, ki upoštevajo zakone Einsteina in Hawkinga, drugi pa so lahko nekoliko drugačne živali,” pravi glavni avtor Maximiliano Isi, NASA na MIT-u. Einsteinova podoktorska sodelavka na Inštitutu za astrofiziko in vesoljske raziskave Kavli. “Torej, ni tako, da enkrat preizkusiš to in je konec. Enkrat to storiš, in to je začetek.”

ISA-jevi soavtorji pri prispevku so Will Farr z univerze Stony Brook in Center za računalniško astrofiziko Instituta Flatiron, Matthew Geisler z univerze Cornell, Mark Scheel iz Caltecha in Saul Tukolsky z univerze Cornell in Caltech.

starost vpogleda

Leta 1971 je Stephen Hawking predlagal terenski izrek, ki je vzpostavil vrsto temeljnih spoznanj o mehaniki črnih lukenj. Izrek napoveduje, da se celotna površina obzorja dogodkov črne luknje – in vse črne luknje v vesolju – nikoli ne sme zmanjšati. Ta izjava je bila nenavadna vzporednica z drugim zakonom termodinamike, ki pravi, da se entropija ali celo stopnja motnje znotraj predmeta ne sme nikoli zmanjšati.

Podobnost med obema teorijama nakazuje, da bi se črne luknje lahko obnašale kot toplotni predmeti, ki oddajajo toploto – zmeden predlog, saj črne luknje po svoji naravi nikoli niso dovolile, da bi energija uhajala ali sevala. Hawking je na koncu leta 1974 končal z obema idejama in pokazal, da imajo črne luknje lahko entropijo in oddajajo sevanje zelo dolgo, če se upoštevajo njihovi kvantni učinki. Ta pojav so poimenovali “Hawkingovo sevanje” in je eno najbolj temeljnih razkritij o črnih luknjah.

“Vse se je začelo s Hawkingovim spoznanjem, da se celotno območje obzorja v črni luknji nikoli ne more spustiti,” pravi Isi. “Regionalna zakonodaja zajema zlato dobo v 70-ih, ko so nastajala vsa ta spoznanja.”

READ  Vesoljsko plovilo Voyager nas neprekinjeno zazna tudi zunaj našega sončnega sistema

Hawking in drugi so od takrat pokazali, da terenski izrek deluje matematično, vendar ga do prvega zaznavanja gravitacijskih valov s strani LIGO ni bilo mogoče preizkusiti proti naravi.

Hawking je po zaslišanju rezultata takoj stopil v stik s soustanoviteljem LIGO Kipom Thornejem, Feynmanovim profesorjem teoretične fizike na Caltechu. Njegovo vprašanje: Ali lahko zaznavanje potrdi terenski izrek?

Takrat raziskovalci niso mogli sprejeti potrebnih informacij znotraj signala pred in po združitvi, da bi ugotovili, ali se končno območje obzorja ni zmanjšalo, kot bi domneval Hawkingov izrek. Šele veliko let kasneje in razvoj tehnike s strani ISI in njihovih partnerjev sta postala mogoča preizkušanje terenskega prava.

Pred in po

Leta 2019 so Isi in njegovi kolegi razvili tehniko zajemanja resonance takoj po vrhuncu GW150914 – trenutku, ko sta dve prvotni črni luknji trčili in tvorili novo črno luknjo. Ekipa je s tehniko izbrala določene frekvence ali kako drugače hrup post-voxele, ki bi jih lahko uporabili za izračun mase in vrtenja končne črne luknje.

Masa in zavoj črne luknje sta neposredno povezana z območjem njenega obzorja dogodkov, Thorne pa se je spomnil na Hawkingovo poizvedbo in se obrnil nanj z nadaljnjim ukrepom: primerjati signal pred združitvijo in po njej. terenski izrek?

Raziskovalci so sprejeli izziv in signal GW150914 znova razdelili na vrhuncu. Razvili so model za analizo signala pred vrhom, ki ustreza dvema induktivnima črnima luknjama, in za identifikacijo mase in vrtenja obeh črnih lukenj pred združitvijo. Na podlagi teh ocen so izračunali skupna območja obzorja – ocena je približno 235.000 kvadratnih kilometrov ali približno devetkrat več kot površina Massachusettsa.

Nato je s svojo prejšnjo tehniko izvlekel “zvonjenje” ali rekombinacijo novonastale črne luknje, iz katere je izračunal njeno maso in vrtenje ter na koncu površino obzorja, za katero so ugotovili, da je bila 367.000 kvadratnih kilometrov (približno 13-krat večja od te). je bilo enako. ozemlje zalivske države).

READ  Na Marsu odkrita še 3 starodavna podzemna jezera s tekočo vodo, ki povečujejo možnost življenja

“Podatki z izjemno samozavestjo kažejo, da se je območje obzorja po združitvi povečalo in da je zakon polja verjetno izpolnjen,” pravi ISI. “Olajšalo nas je, da se naš rezultat strinja s paradigmo, ki smo jo pričakovali, in potrjuje naše razumevanje teh zapletenih združitev črne luknje.”

Ekipa namerava preizkusiti Hawkingov izrek na terenu in druge dolgoletne teorije o mehaniki črnih lukenj z uporabo podatkov svojih kolegov LIGO in Device v Italiji.

“Spodbudno je, da lahko o gravitacijskih valovih razmišljamo na nove, kreativne načine in se lotevamo vprašanj, za katera prej nismo mogli,” pravi Issy. “Lahko še naprej manipuliramo z informacijami, ki neposredno govorijo o stebrih tistega, za kar mislimo, da ga razumemo. Nekega dne bodo ti podatki morda razkrili nekaj, česar nismo pričakovali.”

Literatura: Maximiliano Isi, Will M. Farr, Matthew Geisler, Mark A. Scheel in Saul A. “Testiranje zakona o črnih luknjah z GW150914” Tukolskega, 1. julija 2021, fizični pregledni članek.
DOI: 10.1103 / PhysRevLet.127.011103

To raziskavo so delno podprli NASA, Simonsova fundacija in Nacionalna znanstvena fundacija.

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja

Read also x