4 Minuten
Dešimtmetis po pirmojo aptikimo: aiškesnis kosminis ūžesys
Praėjus dešimtmečiui po pirmojo tiesioginio gravitacinių bangų aptikimo, naujas, išskirtinai garsus signalas leido fizikams tikrinti juodųjų skylių fizikos fundamentinį dėsnį su neprilygstamu tikslumu. Publikuotas Physical Review Letters ir praneštas tarptautinės LIGO/Virgo/KAGRA (LVK) bendruomenės, įvykis GW250114 labai primena patį pirmą aptikimą, GW150914, tačiau dėl dešimtmečio detektorių patobulinimų pasiekė daug didesnį aiškumą.
Gravitacinės bangos yra erdvės-laiko banguotės, kurias sukelia pagreitintos masės, pavyzdžiui, susiliejančios juodosios skylės ir neutroninės žvaigždės. 2015 m. atradimas GW150914 — pirmasis tiesioginis šių bangų stebėjimas — patvirtino Einšteino bendrąją reliatyvumą ir atvėrė gravitacinių bangų astronomijos eros pradžią. Nuo to laiko LIGO JAV, Virgo Italijoje ir KAGRA Japonijoje užfiksavo šimtus signalų, o tik ketvirtasis stebėjimų ciklas žymiai praplėtė katalogą.
LIGO Hanford detektoriaus fiksuoti gravitacinių bangų signalai, užfiksuoti beveik dešimt metų vienas po kito. (LIGO/J. Tissino (GSSI)/R. Hurt (Caltech-IPAC))
Hawkingo ploto teoremos tikrinimas su GW250114
Naujai paskelbtas GW250114 kilo iš dvigubos juodųjų skylių susiliejimo, kurio masės ir sukimai labai primena GW150914. Skirtumas yra signalo ir triukšmo santykyje: GW250114 yra maždaug keturis kartus 'garsesnis', kas leido tikslingiau įvertinti parametrus. LVK analizė atskyrė dviejų pradinių juodųjų skylių ir likusios juodosios skylės parametrų matavimus, o tada palygino atitinkamų įvykių horizonto plotus.
Šis matavimas tiesiogiai patikrina Hawkingo antrąją juodųjų skylių mechanikos dėsnį, dažnai vadinamą ploto teorema. Daugiau nei prieš penkiasdešimt metų Stephen Hawking ir Jacob Bekenstein sukūrė juodųjų skylių termodinaminį vaizdinį: Bekensteinas siejo juodosios skylės įvykio horizonto plotą su entropija, o Hawkingas parodė, kad klasikinėse procesuose šis plotas negali mažėti. Matuodami masę ir sukimąsi prieš ir po susiliejimo — dvi savybes, kurios lemia horizonto plotą — mokslininkai gali patikrinti, ar galutinis horizonto plotas yra bent jau lygus pradinių plotų sumai.
Ši simuliacija rodo gravitacines bangas, kurias skleidžia dvi aplink viena kitą sukamos juodosios skylės.
GW250114 duomenys ypač gerai atitinka teorinius bangų formos modelius. LVK komanda praneša, kad išvestas galutinis horizonto plotas yra suderinamas su — ir didesnis už — pradinių juodųjų skylių sujungtą plotą, suteikdamas kol kas griežčiausią patvirtinimą Hawkingo ploto teoremai.
Pasekmės fundamentaliai fizikai ir būsimoms paieškoms
Šis rezultatas sustiprina juodųjų skylių termodinaminį aiškinimą ir palaiko klasikinę bendrąją reliatyvumo teoriją stiprios lauko, dinaminėje srityje. Kadangi horizonto plotas susijęs su entropija, atradimas taip pat dera su antrąja termodinamikos dėsniu juodųjų skylių sąveikose.
Aptikime dalyvavo pasaulinės komandos, įskaitant Australijos tyrėjus iš ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav). Detektorių jautrumo pagerinimas yra esminis: aiškesni signalai leidžia tikrinti egzotiškas hipotezes apie kvantinę gravitaciją, modifikuotą gravitaciją ir galimus tamsiosios materijos sąveikos su kompaktaisiais objektais požymius.
Stebėta gravitacinė banga GW250114 (LVK 2025). Stebimi duomenys parodyti šviesiai pilka. Lygi mėlyna kreivė atspindi geriausiai atitinkantį teorinį bangų formos modelį ir demonstruoja puikų sutapimą su stebimu signalu. (LIGO, Virgo ir KAGRA bendradarbiavimas)
Ekspertės įžvalga
Dr. Elena Marquez, astrofizikė (fikcinė), komentuoja: 'GW250114 yra reikšmingas, nes leidžia mums palyginti pradinius ir galutinius juoduosius skylius su precizika, kurios negalėjome pasiekti prieš dešimtmetį. Stebėtinai patvirtinti ploto teoremą stebėjimo sąlygomis uždaro ilgalaikį ryšį tarp teorijos ir matavimo ir paruošia pagrindą kvantinių pataisų juodųjų skylių entropijai testavimui.'
Į priekį žvelgiant, tolesni detektorių atnaujinimai ir planuojami naujos kartos observatorijos išplės aukštos kokybės įvykių katalogą. Kiekvienas naujas, garsus susiliejimas yra proga tikrinti gravitaciją, tirti juodųjų skylių termodinamiką ir ieškoti nukrypimų, kurie gali rodyti naują fiziką — įskaitant apribojimus tamsiosios materijos kandidatus arba įžvalgas apie kvantinius horizonto aspektus.
Išvada
GW250114 pateikia aiškiausią stebiminį patvirtinimą, kad juodųjų skylių susiliejimai laikosi Hawkingo ploto teoremos: horizonto plotas po susidūrimo nėra mažesnis už pradinių plotų sumą. Šis rezultatas sustiprina ryšį tarp juodųjų skylių mechanikos ir termodinamikos, patvirtina bendrąją reliatyvumo teoriją ekstremaliomis sąlygomis ir pabrėžia, kaip pagerintas gravitacinių bangų jautrumas atveria naujas galimybes fundamentinei fizikai.
Quelle: sciencealert
Kommentare