Spacetime Ripples Herald A Black Hole's Birth

[ad_1]

Bayangkan riak merambat melalui kolam kecil di pertengahan musim panas, menyebar melalui air yang berkilauan diterangi matahari dari tempat bocah kecil baru saja melemparkan kerikil ke dalam kolam. Getaran gravitasi yang merambat melalui kain Spacetime mirip dengan riak-riak yang menyebar melalui air Sun-warmed dari kolam, kecuali bahwa riak menyebar melalui Spacetime – disebut gelombang gravitasi–dibuat ketika massa yang dipercepat menyebar sebagai gelombang keluar dari sumbernya dengan kecepatan cahaya. Sekarang bayangkan bahwa air kolam adalah kain alam semesta itu sendiri, yang melaluinya gelombang gravitasi riak. Yang paling kuat gelombang gravitasi dari semua merambat sebagai akibat dari peristiwa bencana, seperti tabrakan keras dari sepasang relik bintang padat yang disebut bintang neutron. Pada bulan Mei 2018, sebuah tim astronom mengumumkan bahwa mereka telah menemukan bahwa penggabungan spektakuler dari duo bintang neutron telah dihasilkan gelombang gravitasi–dan mungkin melakukan sesuatu yang lain, juga, karena merger mereka mungkin melahirkan lubang hitam itu akan menjadi massa terendah lubang hitam pernah terdeteksi.

Studi baru ini menganalisis data yang berasal dari NASA Chandra X-ray Observatory, yang telah diperoleh pada hari-hari, minggu, dan bulan setelah deteksi beriak gelombang gravitasi oleh Laser Interferometer Observatorium Gelombang Gravitasi (LIGO), dan sinar gamma oleh NASA Fermi misi, pada 17 Agustus 2017. Kembarannya LIGO detektor terletak di Hanford, Washington dan Livingston, Louisiana. Kedua observatorium didanai oleh National Science Foundation (NSF), dan diciptakan, dibangun, dan dioperasikan oleh para ilmuwan di California Institute of Technology (Caltech) di Pasadena, California. Itu Fermi Gamma-ray Space Telescope diluncurkan pada 11 Juni 2008 di atas roket Delta II. Fermi adalah misi gabungan NASA, Departemen Energi AS yang juga mencakup agensi di Prancis, Jerman, Italia, Jepang, dan Swedia.

Hampir setiap teleskop tersedia bagi para astronom profesional telah digunakan untuk mengamati sumber misterius dari tattle-tale gelombang gravitasi, secara resmi dijuluki GW170817. Namun demikian, sinar-X diperoleh dari Chandra terbukti penting untuk mendapatkan pemahaman baru tentang apa yang sebenarnya terjadi setelah keduanya bintang neutron telah berhasil menabrak satu sama lain dalam peristiwa penggabungan yang mengerikan.

Bintang neutron adalah inti berlama-lama bintang-bintang besar yang tewas dalam layar kembang api supernova yang cemerlang dan berwarna-warni, setelah menghabiskan persediaan peleburan nuklir bahan bakar. Pada akhirnya, menyimpan hati besi keras yang tidak dapat digunakan untuk bahan bakar, bintang-bintang berat harus memenuhi azab ledakan mereka. Bintang neutron adalah ukuran kota, bola yang sangat padat. Sesungguhnya, satu sendok teh penuh bintang neutron dapat menimbang sebanyak kebanggaan singa.

Dari data yang berasal dari LIGO, para astronom mampu menentukan perkiraan yang baik dari massa neonatal lubang hitam dihasilkan dari bintang neutron penggabungan. Tim ilmuwan menghitung bahwa lubang hitam massa akan setara dengan sekitar 2,7 kali massa Matahari kita. Ini menempatkan sumber pada "tali" kabur dari identitas yang belum ditentukan. Itu karena massa ini menunjukkan bahwa itu bisa menjadi yang paling masif bintang neutron pernah ditemukan atau massa terendah lubang hitam. Pemegang rekor sebelumnya untuk judul lubang hitam terkecil yang diketahui tidak kurang dari sekitar empat atau lima kali massa matahari.

Albert Einstein memprediksi keberadaan gelombang gravitasi di dalam dirinya Teori Relativitas Umum (1915), dan ini menyebarkan riak melalui kain Ruang-waktu bersama dengan mereka, untuk perjalanan, rahasia lama yang hilang tentang kelahiran Alam Semesta.

Einstein matematika menunjukkan bahwa badan-badan akselerasi besar, seperti bintang neutron dan lubang hitam–sekarang mereka mengorbit satu sama lain – dapat mengaduk Ruangwaktu sedemikian dramatis sehingga riak yang dihasilkan dari Ruang terdistorsi akan terbang menjauh dari sumbernya. Ini sebanding dengan cara riak di kolam menyebar jauh dari tempat asal mereka. Gelombang gravitasi perjalanan dengan kecepatan cahaya, dan kecepatan cahaya menetapkan sesuatu dari batas kecepatan universal. Tidak ada sinyal yang dikenal di Alam Semesta yang dapat melakukan perjalanan lebih cepat daripada cahaya dalam ruang hampa.

"Sementara bintang neutron dan lubang hitam misterius, kami telah mempelajari banyak dari mereka di seluruh alam semesta menggunakan teleskop seperti Chandra. Itu berarti kita memiliki data dan teori tentang bagaimana kita mengharapkan benda-benda seperti itu untuk berperilaku dengan sinar-X, "jelas Dr. David Pooley dalam 31 Mei 2018. Siaran Observatorium X-ray Observasi Chandra. Dr Pooley, yang memimpin penelitian, adalah dari Universitas Trinity di San Antonio, Texas.

Ggelombang ravitational pertama kali diusulkan ada oleh matematikawan Perancis dan fisikawan teoritis Henri Poincare (1854-1912) pada tahun 1905. Sepuluh tahun kemudian keberadaan riak-riak ruang angkasa ini diprediksi oleh Einstein atas dasar Relativitas umum. Gelombang gravitasi membawa bersama mereka energi dalam bentuk radiasi gravitasi, suatu bentuk energi radiasi yang serupa radiasi elektromagnetik. Namun, hukum gravitasi universal Sir Isaac Newton, bagian dari mekanika klasik, tidak meramalkan eksistensi mereka. Itu karena hukum ini didasarkan pada asumsi bahwa interaksi fisik merambat secara instan (dengan kecepatan tak terbatas), sehingga mengungkapkan salah satu cara metode fisika klasik gagal menjelaskan fenomena yang terkait dengan Relativitas.

Sebagai cabang astronomi observasional, Gelombang gravitasi menggunakan astronomi gelombang gravitasi untuk memperoleh informasi observasi tentang sumber-sumber yang dapat dideteksi gelombang gravitasi. Ini Riak ruang waktu berasal, misalnya, dalam sistem bintang biner yang terdiri dari katai putih, bintang neutron, dan lubang hitam. Gelombang gravitasi astronomi juga memberikan informasi baru yang penting tentang ledakan supernova, serta kelahiran dan evolusi alam semesta primordial segera setelah Big Bang.

Pada 11 Februari 2016, the LIGO dan Virgo Scientific Collaboration membuat pengumuman penting bahwa mereka telah berhasil membuat pengamatan pertama dari riak ruang waktu yang diprediksi. Pengamatan sebenarnya dilakukan pada 14 September 2015, menggunakan LIGO Lanjutan detektor. Ini yang pertama kali terdeteksi gelombang gravitasi berasal dari duo penggabungan lubang hitam. Segera setelah pengumuman awal, the LIGO instrumen melihat dua lebih dikonfirmasi, dan satu potensi, Gelombang gravitasi acara. Pada bulan Agustus 2017, keduanya LIGO instrumen, bersama dengan Virgo instrumen, melihat keempat Gelombang gravitasi berasal dari penggabungan lubang hitam, serta yang kelima Gelombang gravitasi hasil dari penggabungan duo bintang neutron yang semula menyusun sistem biner sebelum smash-up mereka.

The 2017 Penghargaan Nobel dalam Fisika diberikan kepada Dr. Rainer Weiss (MIT), Dr. Kip Thorne (Caltech), dan Dr. Barry Barrish (Caltech) untuk pekerjaan mereka pada deteksi pertama riak ruang waktu ini.

Saat ini, ada beberapa lagi Gelombang gravitasi detektor yang sedang dalam tahap konstruksi atau dalam tahap perencanaan.

Dancing Duos

Sebagai perjalanan Gelombang gravitasi melewati pengamat yang jauh, pengamat akan menatap heran karena Ruangwaktu itu sendiri menjadi terdistorsi karena efek aneh dari riak propagasi itu. Jarak antara objek bebas pertama-tama akan meningkat, dan kemudian menurun secara berirama, sebagai hal yang aneh Riak ruang waktu membuat perjalanannya yang luar biasa. Sebagai Gelombang gravitasi perjalanan, ia melakukannya pada frekuensi yang sesuai dengan yang ada pada gelombang diri. Besarnya efek aneh ini menurun terbalik dengan jarak dari sumber propagasi yang bergejolak gelombang. The pengembaraan Riak ruang waktu terbentuk sebagai hasil dari peristiwa kekerasan – seperti penggabungan dari sebuah duo bintang neutron. Hasilnya, keduanya bintang neutron menari lebih dekat – dan lebih dekat–satu sama lain, berpartisipasi dalam waltz kosmis yang memukau yang ganjil. The waltz aneh berakhir ketika dua penari menabrak satu sama lain dan, sebagai hasilnya, bergabung – membuat penampilan perpisahan terakhir mereka ke alam semesta. SEBUAH lubang hitam massa bintang mungkin dilahirkan sebagai hasil dari waltz surgawi yang eksotis ini dari duo yang dikutuk bintang neutron. Sayangnya, sebagai akibat dari jarak yang sangat jauh yang ada antara pengamat yang terikat dengan bumi dan tarian Gelombang gravitasi sumber, efek ketika diukur oleh astrofisikawan di planet kita sendiri diprediksi menjadi kecil.

Sebagai gelombang gravitasi beriak melalui Alam Semesta, mereka bergantian meregangkan dan mengecilkan susunan rangkaian ruangwaktu. Ini berarti bahwa riak yang menyebar ini mendistorsi geometri struktur Ruang itu sendiri. Meskipun mempercepat objek memancarkan gelombang gravitasi, ini hanya dapat diukur oleh astrofisikawan di Bumi ketika massanya sangat besar.

Propagating gelombang gravitasi memberikan para astronom dengan wawasan baru ke dalam kelahiran misterius Alam Semesta itu sendiri, memungkinkan mereka untuk belajar lebih banyak tentang Cosmos primordial. Segera setelah Big Bang lahir di Alam Semesta, jauh lebih kecil dari apa yang kita lihat hari ini – dan itu juga sangat panas dan padat. Bayangkan sesuatu tentang ukuran yang sama dengan bola sepak. Seluruh alam semesta primordial terjepit ke dalam ruang yang sangat kecil ini – dan Cosmos kuno berukuran bola sepak bola adalah tempat yang bergejolak dan penuh kekerasan. Ahli kosmologi ilmiah modern berasumsi bahwa, pada jaman yang sangat kuno ini, alam semesta didominasi oleh partikel yang diistilahkan inflaton dan bidang terkaitnya.

Petunjuk menggiurkan pertama tentang kemungkinan menemukan ini Riak ruang waktu datang pada tahun 1974 – dua puluh tahun setelah kematian Einstein. Pada tahun itu, dua astronom, Dr. Russell Alan Hulse dan Dr. Joseph Hootin Taylor, Jr., bekerja di Arecibo Radio Observatory di Puerto Rico, menemukan a pulsar biner– sepasang benda peninggalan bintang Chicago yang sangat besar dan padat di orbit di sekitar satu sama lain. Itu biner pulsar dinamai berdasarkan dua penemunya (Binary Hulse-Taylor). Namun, itu juga dikenal dengan penunjukan telepon-buku-terdengar PSR B1913 + 16.

Pulsar adalah bayi bintang neutron–dan bintang neutron adalah inti peninggalan dari bintang-bintang progenitor besar yang meledakkan diri mereka sendiri menjadi potongan-potongan ledakan supernova. Bayi baru lahir pulsar berputar liar, dan mengirimkan berkas cahaya yang begitu teratur sehingga sering dibandingkan dengan mercusuar mercusuar di Bumi.

PSR B1913 + 16 persis seperti sistem bintang yang, menurut Relativitas umum, harus mengirimkan riak ke ruang antar bintang. Menyadari bahwa jenis ini pulsar biner sistem dapat digunakan untuk menguji prediksi Einstein, para astronom mulai mengukur bagaimana periode orbit bintang bintang berubah dari waktu ke waktu. Setelah hampir sepuluh tahun pengamatan, para peneliti menentukan bahwa keduanya pulsar melenggang lebih dekat satu sama lain pada tingkat yang tepat diprediksi oleh Einstein di Relativitas umum. Ini biner pulsar telah dipelajari selama hampir lima puluh tahun, dan perubahan yang diamati pada orbit sangat sesuai dengan Relativitas umum, bahwa para astronom yakin bahwa ia mengirim propagasi riak melalui Spacetime.

Sejak pengamatan awal ini, banyak astrofisikawan telah mempelajari waktu pulsar emisi radio dan telah memperoleh hasil yang serupa, sehingga semakin mengukuhkan keberadaannya ombak beriak melalui kain Alam Semesta.

Tidak sampai 14 September 2015, bahwa LIGO Gravitational Wave Interferometer langsung mendeteksi distorsi di Ruangwaktu yang disebabkan oleh beriak gelombang gravitasi. Sampai saat itu, sebagian besar bukti keberadaan mereka berasal dari perhitungan matematis atau investigasi tidak langsung lainnya. Riak pertama yang terdeteksi adalah hasil dari duet menari penggabungan lubang hitam terletak di jarak besar hampir 1,3 miliar tahun cahaya dari Bumi.

Gelombang gravitasi dapat mencapai planet kita dari tempat asal mereka yang jauh. Pengamatan langsung pertama dari keberadaan nyata mereka membuka vista baru yang dapat digunakan astronom untuk mengungkap beberapa misteri alam semesta. Gelombang gravitasi membawa serta informasi penting tentang tempat kelahiran bergolak mereka yang tidak bisa diperoleh. Ini Riak ruang waktu ungkapkan wilayah alam semesta yang gelombang elektromagnetiknya tidak dapat diakses. Astrophysicists sekarang dapat mengamati Cosmos dan misteri yang tersembunyi dengan menggunakan gravitasi sebagai alat – serta cahaya.

Kelahiran Lubang Hitam

Jika penggabungan bintang neutron menyusun GW170817 sumber telah dibuat lebih masif bintang neutron, kemudian Chandra akan menunjukkan itu berputar cepat dan mengaduk-aduk medan magnet yang sangat kuat. Ini kemudian akan diikuti oleh gelembung yang mengembang yang terdiri dari partikel berenergi tinggi yang menghasilkan ledakan sinar X-ray yang cemerlang. Namun, ini adalah tidak apa itu Chandra menampilkan data. Sebaliknya, informasi yang berasal dari Chandra menunjukkan tingkat sinar-X yang merupakan faktor beberapa hingga beberapa ratus kali lebih rendah dari yang diperkirakan untuk pemintalan yang liar, digabung bintang neutron duo dan gelembung gelembung partikel berenergi tinggi. Ini menunjukkan kelahiran a lubang hitam bukannya yang lebih besar bintang neutron.

Jika hasil ini dikonfirmasi, itu akan mengungkapkan bahwa resep rahasia untuk memasak a lubang hitam terkadang bisa agak rumit. Dalam kasus GW170817, itu akan membutuhkan dua ledakan supernova untuk meninggalkan dua bintang neutron dalam orbit yang cukup dekat untuk Gelombang gravitasi radiasi untuk menggabungkan bintang neutron duo bersama.

"Kami mungkin telah menjawab salah satu pertanyaan paling mendasar tentang peristiwa yang mempesona ini: apa yang telah terjadi? Para astronom sudah lama menduga bahwa bintang neutron merger akan membentuk sebuah lubang hitam dan menghasilkan semburan radiasi, tetapi kami tidak memiliki kasus yang kuat untuk itu sampai sekarang, "jelas rekan penulis studi Dr. Pawan Kumar pada 31 Mei 2018 Siaran pers Chandra. Dr Kumar adalah dari University of Texas di Austin.

SEBUAH Chandra pengamatan dua sampai tiga hari setelah penggabungan tidak mendeteksi sumber. Namun, pengamatan berikutnya 9, 15, dan 16 hari setelah acara tersebut mengungkapkan deteksi penting. Sumber itu berjalan di belakang Sun kami segera setelah itu, tetapi tambahan cerah diamati oleh Chandra sekitar 110 hari setelah acara. Pencerahan ini kemudian diikuti dengan intensitas sinar-X yang sebanding setelah 160 hari.

Dengan membandingkan data yang berasal dari Chandra observasi kepada mereka yang diambil oleh NSF's Jansky Very Large Array (VLA), Dr. Pooley dan kolaborator menjelaskan emisi X-ray yang diamati sebagai disebabkan sepenuhnya oleh gelombang kejut yang dihasilkan dari penggabungan merger ke gas ambien. Tidak ada tanda-tanda sinar X yang dihasilkan dari bayi yang baru lahir bintang neutron.

Klaim oleh Dr. Pooley dan tim dapat diuji dengan X-ray dan observasi radio yang akan datang. Jika sisa yang ditinggalkan merger ternyata berubah menjadi bintang neutron dengan medan magnet yang kuat, maka sumbernya harus terus menjadi lebih terang pada sinar X dan panjang gelombang radio dalam sekitar dua tahun atau lebih – ketika gelembung partikel berenergi tinggi akhirnya menangkap gelombang kejut yang akan melambat. turun. Jika memang bayi lubang hitam, para astronom berharap itu akan terus tumbuh redup dan redup. Ini baru-baru ini diamati sebagai gelombang kejut yang melemah.

"GW170817 adalah peristiwa astronomi yang terus memberi. Kami belajar banyak tentang astrofisika benda-benda paling padat yang diketahui dari peristiwa yang satu ini, "komentar Dr. J. Craig Wheeler pada 31 Mei 2018 Siaran pers Chandra. Wheeler, seorang penulis dalam studi ini, juga dari Universitas Texas di Austin.

Jika observasi tindak lanjut spot yang berat bintang neutron sebagai selamat dari merger, penemuan seperti itu akan menantang teori untuk struktur bintang neutron dan seberapa besar yang bisa mereka dapatkan.

"Pada awal karier saya, para astronom hanya bisa mengamati bintang neutron dan lubang hitam di Galaxy kita sendiri, dan sekarang kita mengamati bintang-bintang eksotis di seluruh Cosmos. Sungguh saat yang menyenangkan untuk hidup, untuk melihat instrumen seperti LIGO dan Chandra menunjukkan kepada kita begitu banyak hal menarik yang ditawarkan alam, "kata rekan penulis studi, Dr. Bruce Grossan dalam Siaran pers Chandra. Dr Grossan adalah dari University of California di Berkeley.

Sebuah makalah yang menjelaskan penelitian ini diterbitkan di The Astrophysical Journal Letters.

[ad_2]