Glavni Novice Črne luknje morda rastejo, ko se vesolje širi

Črne luknje morda rastejo, ko se vesolje širi

Umetnik

Umetniška upodobitev sistema IC 10 X-1, črna luknja se skriva v zgornjem levem kotu. (Zasluge za sliko: Universal History Archive/Universal Images Group prek Getty Images)

Vesolja črne luknje so večji, kot so astrofiziki pričakovali, da bodo. Zdaj nova študija nakazuje, zakaj: vsaka črna luknja morda raste, ko se vesolje širi.

Nova hipoteza, imenovana 'kozmološko spajanje', trdi, da ko se vesolje širi navzven poVeliki pok, z njim rastejo tudi vsi predmeti z maso. In črne luknje, kot nekateri najmasivnejši objekti, ki obstajajo, najbolj rastejo.

Ta hipoteza izhaja iz gravitacijskega valovanja v prostoru-času, ki se pojavi, ko se dve masivni črni luknji zakleneta v orbiti, se spiralno vrtita navznoter in trčita. Od leta 2015 so znanstveniki na Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in interferometru Virgo, ki sta zasnovana za zaznavanje teh gravitacijskih valov, opazovali veliko teh združitev črnih lukenj.

Sorodno: 9 epskih vesoljskih odkritij, ki ste jih morda zamudili v letu 2020

Toda valovi vsebujejo skrivnost. Na podlagi ocenjene porazdelitve velikosti zvezd v vesolju bi morale imeti črne luknje maso, ki je približno 40-krat večja od mase sonca. Toda podatki, vzeti iz teh gravitacijskih valov, kažejo, da ima veliko črnih lukenj več kot 50 sončnih mas, nekatere pa se približajo 100 sončnim masam.

Običajna razlaga za to neskladje je, da črne luknje sčasoma rastejo tako, da se nažrejo s plinom, prahom, zvezdami in celo drugimi črnimi luknjami. Ker pa črne luknje pogosto nastanejo po velikanskih zvezdnih eksplozijah, imenovanih supernove, se veliko črnih lukenj pojavi v območjih vesolja brez kakršnega koli tega materiala. Astronomi so predlagali alternativne razlage, vendar vse predlagajo nevidene spremembe v trenutnem razumevanju življenjskih ciklov zvezd, ki jih znanstveniki poznajo. In nihče ne more razložiti osupljive raznolikosti velikosti združenih črnih lukenj, ki so jih zaznali observatoriji gravitacijskih valov.

Novi članek, objavljen 3. novembra v The Astrophysical Journal Letters (odpre se v novem zavihku), predlaga razlago velikih in majhnih združenih mas črnih lukenj: Naraščajoče mase črnih lukenj niso posledica ničesar, kar jedo, temveč so nekako povezane s širjenjem vesolja samega.

To bi pomenilo, da vse črne luknje v vesolju – vključno s črnimi luknjami, ki se združujejo, odkritimi v eksperimentih z gravitacijskimi valovi, tavajočimi črnimi luknjami na obrobju naša galaksija in celo ogromne supermasivne črne luknje v središčih večine galaksije — sčasoma rastejo.

Da bi raziskali svojo hipotezo, so se raziskovalci odločili za modeliranje dveh črnih, ki se združujeta v rastočem vesolju, namesto statičnih vesolj, ki jih zgradijo druge raziskovalne skupine zaradi poenostavitve kompleksnih enačb (izpeljanih iz Einsteinova teorija splošnegarelativnost), ki zagotavljajo temelje za modele združevanja črnih lukenj.

Traja le nekaj sekund, da se dve spiralni črni luknji združita, zato se zdi smiselna predpostavka o statičnem vesolju v tem kratkem časovnem okviru, kot je bilo preteklo delo. Toda raziskovalci se ne strinjajo, pravijo, da če znanstveniki v svojih modelih domnevajo statično vesolje, bi lahko izključili morebitne spremembe dveh črnih lukenj v milijardah let, ko sta obstajali, preden sta dosegli točko trka

'To je predpostavka, ki poenostavlja Einsteinove enačbe, ker vesolje, ki ne raste, nima veliko stvari za spremljanje,' prvi avtor študije Kevin S. Croker, profesor na havajski univerzi na oddelku za fiziko in astronomijo Mānoa, je dejal v izjavi (odpre se v novem zavihku). 'Vendar obstaja kompromis: napovedi so lahko razumne le za omejen čas.'

S simulacijo milijonov parov zvezd – od njihovega rojstva do smrti – so raziskovalci lahko preučevali tiste, ki so umrle, da so tvorile parne črne luknje, in povezali, koliko so rasle sorazmerno s širjenjem vesolja. Po primerjavi nekaterih napovedi modela vesolja, ki so ga ustvarili s podatki LIGO-Virgo, so bili raziskovalci presenečeni, ko so ugotovili, da se dobro ujemajo.

'Moram reči, da sprva nisem vedel, kaj naj si mislim,' je soavtor Gregory Tarlé, profesor fizike na Univerzi v Michiganu, je dejal v izjavi (odpre se v novem zavihku). 'Bila je tako preprosta ideja, da sem bil presenečen, da je tako dobro delovala.'

Hipoteza se morda sliši nenavadno, vendar kozmološka povezava obstaja drugje v astrofiziki. Najbolj znan primer tega je verjetno 'rdeči premik', pri katerem se svetloba predmetov, ki se oddaljujejo, raztegne na daljše (in zato bolj rdeče) valovne dolžine.

To pomeni, da ko se vesolje širi in se zvezde odmikajo druga od druge - kot pike, narisane na napihnjenem balonu - svetlobni delci ali fotoni, ki jih oddajajo zvezde, sčasoma postanejo bolj rdeči in pri tem izgubljajo energijo. Energija svetlobe naj bi bila kozmološko povezana s širjenjem vesolja.

Če imajo raziskovalci prav, to pomeni, da vse, kar ima maso, postaja večje - sonce, nevtronske zvezde, planeti in celo ljudje. Seveda bi bila ta sklopitev za nas veliko šibkejša kot za črne luknje.

'Kozmološka povezava velja za druge predmete in material v vesolju, vendar je moč povezave tako šibka, da ne morete videti njenih učinkov,' je Croker povedal za Live Science. 'Za vrste črnih lukenj, ki smo jih domnevali, je lahko povezava milijonkrat večja od tistega, kar bi pričakovali od jedra sonca. In celo za te vrste črnih lukenj boste morda morali čakati na stotine milijonov let, da boste samo podvojili svojo maso.'

Za zdaj je morda le zanimiva ideja, toda ko detektorji gravitacijskih valov sčasoma postanejo bolj občutljivi, bo na voljo vedno več podatkov za testiranje hipoteze, je dejal Croker.

'Načrtovane nadgradnje LIGO-Virgo in podatki, ki jih bodo zbrali v naslednjem desetletju, bodo opisali veliko več združitev črnih lukenj,' je dejal Croker. 'Več podatkov kot je zbranih, močneje lahko preverimo svojo hipotezo. Na podlagi vesoljagravitacijaeksperimenti z valovi, kot je LISA [laserska interferometrska vesoljska antena], nam lahko omogočijo, da vidimo povečanje mase neposredno v posameznih sistemih.'

Zanimivi Članki