Μια συγχώνευση μαύρων τρυπών βαρέων βαρών

Posted on 02/09/2020

0


Γιατί η ανίχνευση του βαρυτικού κύματος GW190521 είναι σημαντική

Το βαρυτικό κύμα GW190521 αποκαλύπτει μια τεράστια μαύρη τρύπα

Το GW190521 σύμφωνα με την σημερινή δημοσίευση στο περιοδικό Physical Review Letters [GW190521: A Binary Black Hole Merger with a Total Mass of 150  M], είναι ένα βαρυτικό κύμα που κατέγραψαν οι ανιχνευτές LIGO and Virgo στις 21/5/2019. Προέκυψε από την συγχώνευση δυο μαύρων τρυπών με μάζες 66 M και 85 M (1M=η μάζα του ήλιου μας), προς τον σχηματισμό μιας νέας μαύρης τρύπας με μάζα περίπου 142M. Η συγχώνευση απελευθέρωσε τεράστια ποσότητα ενέργειας, ισοδύναμη με την ενέργεια 8 ηλιακών μαζών. Η πηγή του βαρυτικού κύματος GW190521 απέχει από τη Γη περίπου 5 Gpc (=5∙109 παρσέκ) .

Πρόκειται για την μεγαλύτερη μαύρη τρύπα που ανακαλύφθηκε διαμέσου των βαρυτικών κυμάτων. Αλλά και οι αρχικές μαύρες τρύπες (66 M 85 M) έχουν τέτοιες μάζες που δεν εξηγούνται με τους γνωστούς μηχανισμούς σχηματισμού μαύρων τρυπών.

Τελικά, είτε οι αστέρες μπορούν να σχηματίσουν μαύρες τρύπες μεγάλης μάζας, είτε κάποιες από τις μαύρες τρύπες των LIGO-Virgo σχηματίζονται μέσω άλλων διεργασιών — ίσως ως αποτέλεσμα μιας προηγούμενης συγχώνευσης μεταξύ ελαφρότερων μαύρων τρυπών, η οποία ανοίγει ένα δρόμο για τον σχηματισμό μιας ακόμα μεγαλύτερης μαύρης τρύπας μέσω ακόμα μίας συγχώνευσης. Αυτό το σενάριο πολλαπλών συγχωνεύσεων απαιτεί τον σχηματισμό των μαύρων τρυπών κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες, σε περιβάλλον όπου υπάρχουν αρκετές μαύρες τρύπες σε κοντινή απόσταση ώστε να προκύψουν πολλαπλές συγχωνεύσεις.
Εκτός κι αν το εν λόγω βαρυτικό κύμα δημιουργήθηκε από κάτι εντελώς καινούργιο!

Οι ερευνητές των ανιχνευτών LIGO και Virgo εξετάζουν στην δημοσίευσή τους και άλλες πηγές στο σύμπαν που θα μπορούσαν να έχουν παράγει το βαρυτικό κύμα GW190521. Όπως για παράδειγμα την πιθανότητα να δημιουργήθηκε από ένα άστρο που κατέρρευσε στον γαλαξία μας ή από μια κοσμική χορδή που προέκυψε αμέσως μετά την πληθωριστική διαστολή του αρχέγονου σύμπαντος – αν και καμία από αυτές τις εξωτικές δυνατότητες δεν ταιριάζει με τα δεδομένα, όπως συμβαίνει με την υπόθεση της συγχώνευσης δυο μαύρων τρυπών με τις παραπάνω μάζες.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες στον ιστότοπο του LIGO: «WHAT DID WE OBSERVE? «
«GW190521: Η ΜΑΖΙΚΟΤΕΡΗ ΣΥΓΚΡΟΥΣΗ ΜΑΥΡΩΝ ΤΡΥΠΩΝ ΠΟΥ ΠΑΡΑΤΗΡΗΘΗΚΕ ΕΩΣ ΤΩΡΑ» :

Click to access gw190521.pdf


και
«Properties and astrophysical implications of the 150 M binary black hole merger GW190521»
LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration

Click to access 2009.01190.pdf

(νεώτερη ενημέρωση – Καθημερινή 3/9/2020)

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν νέα «οικογένεια» από μαύρες τρύπες

Κλικ πάνω στην εικόνα για μεγέθυνση

Λιγότερο από το ένα δέκατο του δευτερολέπτου, όσο δηλαδή ένα βλεφάρισμα των ματιών, διήρκεσε το σήμα που «έπιασαν» οι ανιχνευτές των βαρυτικών κυμάτων «Ligo» και «Virgo», σε ΗΠΑ και Ευρώπη αντίστοιχα, τον Μάιο του 2019. Το σήμα πέρασε μέσα από τα φίλτρα της επιστημονικής ανάλυσης και χθες οι επιστήμονες των δύο ανιχνευτών ανακοίνωσαν τη νέα τους ανακάλυψη: τη σύγκρουση και συγχώνευση δύο μαύρων τρυπών, των πιο μακρινών και με τη μεγαλύτερη μάζα που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα μέσω των βαρυτικών κυμάτων.

Οι επιστήμονες δημοσίευσαν τα αποτελέσματα της έρευνας του βαρυτικού σήματος (GW190521) στα επιστημονικά περιοδικά Physical Review Letters και Astrophysical Journal Letters. Η μαύρη τρύπα που προέκυψε έχει μάζα όσο 142 ήλιοι, ενώ το σύμπαν «πλημμύρισε» με βαρυτικά κύματα, με ενέργεια ισοδύναμη με οκτώ ήλιους.

«Μέχρι σήμερα», λέει στην «Κ» ο καθηγητής Σχετικότητας στο Τμήμα Φυσικής του ΑΠΘ, Νίκος Στεργιούλας, «είχαν εντοπιστεί δύο κατηγορίες μελανών οπών, αυτές που δημιουργούνται μετά την κατάρρευση ενός άστρου και έχουν μάζα μέχρι 60 φορές περίπου τη μάζα του Ηλιου και αυτές που υπάρχουν στα κέντρα των γαλαξιών και έχουν μάζα εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ηλιου».

Ο καθηγητής, ο οποίος είναι μέλος της πρώτης ερευνητικής ομάδας στην Ελλάδα που συμμετέχει στις ανιχνεύσεις του «Virgo» από τον Ιούλιο του 2020, μας λέει ότι οι θεωρητικές προβλέψεις για την ύπαρξη μελανών οπών με μάζα στην «ενδιάμεση περιοχή» επιβεβαιώθηκαν με το δείγμα που εντοπίστηκε μέσω της ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων. «Αυτό μας δίνει ελπίδες ότι μπορεί να υπάρχει ένας ολόκληρος πληθυσμός μελανών οπών με ενδιάμεση μάζα και αν πράγματι ανιχνευθούν και άλλες μελλοντικά, θα μας επιτρέψει να κατανοήσουμε τους τρόπους σχηματισμού τους, που μπορεί να είναι περισσότεροι από ένας», σημειώνει.

Ο βίαιος χορός των δύο μελανών οπών έλαβε χώρα όταν το σύμπαν ήταν νεότερο κατά επτά δισ. χρόνια και σε μια απόσταση περίπου 16 εκατ. έτη φωτός μακριά, σύμφωνα με τον κ. Στεργιούλα. Τι μπορεί να μεσολάβησε στο ενδιάμεσο; «Δεν μπορούμε να γνωρίζουμε επακριβώς πώς εξελίχθηκε αυτή η μελανή οπή έπειτα από αρκετά δισ. χρόνια. Θα μπορούσε, ενδεχομένως, να συναντήσει μια άλλη μελανή οπή και να συγχωνευθούν, δημιουργώντας μια ακόμη μεγαλύτερη. Σίγουρα, όμως, εξακολουθεί να υπάρχει, ακόμη και αν ακτινοβολεί με κβαντομηχανικό τρόπο, όπως προέβλεψε ο Χόκινγκ. Δεν γνωρίζουμε, δηλαδή, κάποιο τρόπο για να καταστραφεί μια μελανή οπή με τόση μάζα σε τόσο χρονικό διάστημα».

Οι ανιχνευτές «Ligo» και «Virgo» έδωσαν τα διαπιστευτήριά τους το 2015-16 με την ιστορική πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από συγκρούσεις αστέρων νετρονίων, επιβεβαιώνοντας τις προβλέψεις που έκανε ο Αϊνστάιν για τους «κυματισμούς στον χωροχρόνο» έναν αιώνα πριν. Από τότε, οι νέες ανακαλύψεις είναι ολοένα και πιο συχνές.

Στον τελευταίο γύρο λειτουργίας των δύο ανιχνευτών εντοπίστηκαν 56 βαρυτικά κύματα από τα οποία επιβεβαιώθηκαν μέχρι στιγμής τα τέσσερα (ανάμεσα στα οποία και το χθεσινό). «Οσο θα αυξάνει ο αριθμός των επιβεβαιωμένων ανιχνεύσεων, θα μπορούμε να ελέγχουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια την ισχύ της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, τις θεωρίες για την αστρική εξέλιξη, αλλά και να μετράμε με έναν ανεξάρτητο τρόπο τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος», επισημαίνει ο κ. Στεργιούλας.

Οι μαύρες τρύπες είναι ένα από τα πιο μυστηριώδη και συνάμα γοητευτικά φαινόμενα του σύμπαντος και εξάπτουν τη φαντασία. Το πόσο μακριά είμαστε από την αποκρυπτογράφησή τους είναι κάτι… σχετικό, αλλά στο δυναμικό των «Ligo» και «Virgo» προστίθενται και άλλοι ανιχνευτές. «Ηδη λειτουργεί και τέταρτος ανιχνευτής στην Ιαπωνία (KAGRA) και σε λίγα χρόνια θα λειτουργήσει και στην Ινδία (LIGO-India). Αυτό το παγκόσμιο δίκτυο ανιχνευτών θα μας επιτρέψει να κατανοήσουμε καλύτερα τη φύση της βαρύτητας, αλλά και να καταγράψουμε την ιστορία του σύμπαντος, με την ελπίδα να επιλυθεί κάποτε το μυστήριο της σκοτεινής ενέργειας. Σε αυτό, μελλοντικά, θα συνδράμει και ο διαστημικός ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων LISA, που είναι μια αποστολή της ESA και της NASA, στην οποία συμμετέχει η ερευνητική μου ομάδα στο ΑΠΘ», τονίζει ο καθηγητής.

Εδώ και πολλά χρόνια, οι ανακαλύψεις στον μικρόκοσμο και στον μακρόκοσμο είναι ομαδική δουλειά, στην οποία συμμετέχουν και Ελληνες ερευνητές σε ξένα πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα. Για τη χθεσινή ανακάλυψη εργάστηκαν, μεταξύ άλλων, οι Βίκυ Καλογερά (Northwestern), Κατερίνα Χατζηιωάννου (Caltech), Ερωτόκριτος Κατσαβουνίδης (MIT), Μιχάλης Αγαθός (Cambridge) Μιχάλης Αγαθός (Cambridge), Μαίρη Σακελλαριάδου (King’s College), Χάρης Μαρκάκης (Queen Mary) και, βέβαια, ο Σταύρος Κατσανέβας, ο πρόεδρος του European Gravitational Observatory, που λειτουργεί τον ανιχνευτή «Advanced Virgo». Στη νέα ομάδα του «Virgo» συμμετέχουν, εκτός από τον κ. Στεργιούλα, οι καθηγητές Γ. Παππάς και Α. Τέφας από το ΑΠΘ και ο Θ. Αποστολάτος από το ΕΚΠΑ.

πηγή: https://www.kathimerini.gr/life/science/561065047/oi-epistimones-anakalypsan-nea-oikogeneia-apo-mayres-trypes/