gov-civil-vilareal.ptRumtid ryster: For første gang ser astronomer et sort hul, der spiser en neutronstjerne
>For første gang nogensinde har astronomer opdaget det mest skræmmende i universet, der spiser den anden skræmmende ting: Et sort hul, der sluger en neutronstjerne.
Dette er samtidig et af de sejeste og mest nedkølende forskningsresultater, jeg nogensinde har skrevet om. En fusion mellem disse to tætteste typer objekter i universet skaber en kolossalt eksplosion, men alligevel en, der er helt mørk. Den eneste måde det blev opdaget på, fordi det bogstaveligt talt rystede stoffet i rumtiden .
Endnu bedre? Astronomer opdagede en anden bare ti dage senere.
De frygtindgydende begivenheder blev fundet af LIGO-Jomfru-samarbejdet , faciliteter designet til at opdage gravitationsbølger , faktiske krusninger i stoffet i rumtiden. Einstein forudsagde, at disse bølger ville blive frembragt ved, at enhver masse blev accelereret, men de er for lav amplitude og grødet til at opdage, medmindre objektet er massivt, tæt og accelereret hårdt.
Men når sorte huller eller neutronstjerner smelter sammen, accelererer objekter, der kun er kilometer på tværs, men vejer lige så meget som stjerner, omkring hinanden med sjælsknusende hastigheder, nok til at skabe skarpe gravitationsbølger. Disse bølger ekspanderer udad med lysets hastighed, men svækkes med afstanden. Vi kan opdage dem fra hundredvis af millioner eller milliarder af lysår væk, men på det tidspunkt er de svækket så meget, at rumtiden er ekstremt lille, hvorfor de blev forudsagt for et århundrede siden, men først blev opdaget direkte før 2015 ( Jeg har detaljer om den første betydningsfulde opdagelse, og hvordan det hele fungerer i en artikel fra dengang).
til alle de drenge, jeg elskede før medierne med sund fornuft
Kunstværk, der viser fusionen af en neutronstjerne (højre) med et sort hul (venstre). Kredit: Carl Knox (OzGrav)
Snesevis af begivenheder er set siden da, for det meste par sorte huller fusionerer, selvom neutronstjernefusioner også er set to gange. Indtil nu er der dog aldrig set nogen sorte huller for at spise en neutronstjerne - faktisk er der aldrig blevet opdaget noget binært system med sort hul/neutronstjerne i vores galakse!
Hændelserne blev opdaget den 5. januar 2020 og 15. januar 2020 og kaldes henholdsvis GW200105_162426 og GW200115_042309 ( GW for gravitationsbølge, og derefter er tallene for datoen og klokkeslættet på dagen, de blev detekteret). Den første (lad os kalde den GW200105) var et stærkt signal, men kun tydeligt set i en af tre detektorer (en anden blev lukket dengang, og den blev kun set svagt i den tredje). Den anden (GW200115) blev set i alle tre*.
hvad er spøgelse i skallen vurderet
Når en gravitationsbølge passerer gennem Jorden, fortæller formen og styrken af bølgerne os meget om det system, der skabte dem. Begge begivenheder var statistisk signifikante (hvilket betyder at astronomer tror, de er virkelige), og i begge tilfælde var masserne af de to objekter, der fusionerede, ganske lave.
En neutronstjerne er utrolig lille og tæt og pakker solens masse ind i en kugle, der kun er et par kilometer på tværs. Dette kunstværk skildrer en i forhold til Manhattan. Kredit: NASAs Goddard Space Flight Center
De to komponenter, der fusionerede i GW200105, havde en masse på 8,9 og 1,9 gange solens masse (med usikkerheder på henholdsvis ca. 1,3 og 0,3 gange solens masse). Den første komponent er godt inde i sorte huls område - vi tror, at minimumsmassen for denne type sorte hul er omkring 2,8 gange solens . Det andet er dog under denne grænse, så det er næsten helt sikkert en neutronstjerne : Det utroligt tæt kerne af en massiv stjerne efter at stjernen er eksploderet som en supernova. En kugle af neutronium (som denne sag kaldes) på størrelse med en tyggegummi ville veje lige så meget som hvert enkelt menneske på Jorden tilsammen .
Det samme gælder for den anden begivenhed, GW 200115: Masserne er 5,7 (± 2 eller deromkring) og 1,5 (± 0,5 eller deromkring) gange Solens. Så igen, ganske klart et sort hul og en neutronstjerne.
Begge systemer startede livet som to normale, men massive stjerner, der kredsede om hinanden. Den ene var sandsynligvis omkring 20 gange solens masse. Det løb hurtigt igennem sit atombrændstof, sandsynligvis på kun et par millioner år. Det svulmede derefter op til en rød superkæmpe stjerne (som Antares eller Betelgeuse). Den var så stor, at den sandsynligvis opslugte eller næsten opslugte ledsagerstjernen kortvarigt, og den anden stjerne ville have trukket en masse masse fra den første stjerne, hvilket gjorde sig selv mere massiv.
bad boys for life forældre guide
Den første stjerne eksploderede derefter og dannede et sort hul. Til sidst eksploderede den anden stjerne også og dannede en neutronstjerne (eller, afhængigt af de indledende masser og hvor hurtigt den ene mistede materiale til den anden, kunne den have været omvendt). Uanset hvad der var tilbage var en neutronstjerne, der kredsede om et sort hul.
Hvis en tredje stjerne var i systemet, kunne det have sparket de to ude af balance, hvilket fik dem til at kredser tættere sammen. Eller det er muligt, at de to i milliarder af år udsendte svage gravitationsbølger, mens de kredsede, mister energi og langsomt spiraler sammen. Uanset hvad, til sidst kom de tæt nok sammen og BANG. Det sorte hul slugte neutronstjernen.
I øvrigt, hvis du er nysgerrig: Det, der er tilbage efter denne begivenhed, er et mere massivt og større sort hul. Det er en del af det sorte huls hele ting: Fald ind, og du er nu en del af det sorte hul.
Orbitalenergien i et sådant system lige før det sidste øjeblik er svært at fatte. To genstande på i alt flere gange solens masse hvirvler rundt om hinanden ved næsten lysets hastighed. Den energi skal gå et sted, når de to smelter sammen. Hvor det går er i at ryste rumtiden.
tegn fra universet på, at nogen savner dig
Når dette sker, omdannes noget af systemets masse direkte til gravitationsbølgernes energi. Dette er en enorm mængde energi. I disse to nye tilfælde blev noget som halvdelen af Solens masse omdannet til energi. Husk, dette gøres via ligningen E = mc^2, og lysets hastighed i firkant er et meget, meget stort tal. De sidste øjeblikke varede kun sekunder, men mængden af energi, der blev skabt, var omtrent 1 00 quintillion gange solens samlede lysstyrke (10tyve) over samme tid!
Alligevel var det næsten helt sikkert mørkt. Intet lys blev udsendt overhovedet (der blev i hvert fald ikke set flash fra nogen teleskoper, og ingen var nødvendigvis forventet). Al energien gik ind i gravitationsbølger. Begge begivenheder var omtrent en milliard lysår væk, og over den store afstand svækkede signalerne enormt. Da de kom hertil, hviskede de knap. Faktisk, for at være ærlig, ville en hvisken nær detektorerne forårsage et langt større signal end disse begivenheder gjorde.
Fusioner som disse er vigtige, fordi vi ikke rigtig forstår fuldstændigt, hvordan et sort hul og neutronstjernesystem dannes, eller hvordan det udvikler sig over tid. Bare at se disse begivenheder fortæller os, at disse binære systemer eksisterer - en god start - og også hvor ofte de sker i vores lokale rumvolumen (ud fra disse ville vi forvente, at der er cirka en fusion hver uge et sted inden for 2 milliarder lysår efter os). Hvis der opdages flere, vil det hjælpe astronomer med at finde ud af, hvordan disse massive stjernebinære opfører sig.
Hvilket er fantastisk! Så længe de er langt væk. Den slags hændelser er fine af mig, når det sker i en anden galakse. Selv en tættere ville være cool, for at få et bedre signal og være i stand til at analysere det bedre. Men når et kosmisk monster spiser et andet, så fantastisk og sejt som det er, synes jeg, at jeg ikke har noget imod at have et næseblod.
* I 2019 blev en lignende begivenhed opdaget, hvor et massivt sort hul fusionerede med det, der sandsynligvis er et meget lavt massivt sort hul. Det er muligt, at det andet objekt var en ekstremt massiv neutronstjerne, men temmelig usandsynligt.
