Kolliderende sorte huller kan synge forskellige gravitationssange

Gargantua sort hul i

Hurtigt drejning af sorte huller-som Gargantua, fra filmen 'Interstellar'-burde producere meget forskellige gravitationsbølgemønstre end langsommere roterende sorte huller. (Billedkredit: Paramount Pictures)



Hvad er lyden af ​​to sorte huller, der støder sammen? Nogle af dem kvidrer . Men et virkelig massivt, hurtigt snurrende sort hul-som det, der findes i filmen 'Interstellar'-kan skabe en mere dynamisk sang.



Kolliderende sorte huller skaber faktisk ikke lydbølger, men de skaber gravitationsbølger-forvrængninger til rumtid, selve virkeligheden. I februar annoncerede forskere med Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) samarbejde første gang nogensinde direkte registrering af gravitationsbølger.

For at hjælpe offentligheden med at forstå det signal, som LIGO opdagede, omdannede forskerne dataene til lydbølger. Når de sorte huller cirkler hurtigere og hurtigere rundt om hinanden, klatrer lyden i tonehøjde, som en glidefløjte. Den sidste kollision producerer et højlydt kvidren ( lyt til det her ), og så bliver lyden brat afbrudt - sangen stopper, fordi de to sorte huller er blevet til et. [ Søgningen efter gravitationsbølger i billeder ]



Denne simple kosmiske sang er muligvis ikke den eneste musik, disse gravitationsbølgesendere er i stand til at producere. På American Physical Society April Meeting, der blev afholdt 16. til 19. april i Salt Lake City, diskuterede Niels Warburton, en postdoktor ved MIT Kavli Institute, simuleringer, der viste, hvilken slags gravitationsbølge 'sang' der skulle frembringes ved kollisioner med sorte huller der snurrer hurtigere og er betydeligt større end dem, der er blevet opdaget af LIGO.

Ekstreme kollisioner

Ormehul rejse over universet og supergigant sorte huller er blot nogle af de vidundere, der ses i filmen

Ormehulsrejser over universet og supergigant sorte huller er blot nogle af de vidundere, der ses i filmen 'Interstellar'. Se hvordan videnskaben om 'Interstellar' fungerer i denne infografik.(Billedkredit: Af Karl Tate, Infographics Artist)



For at illustrere den nye forskning brugte Warburton det sorte hul Gargantua fra filmen 'Interstellar' som et eksempel. I filmen oplever en planet, der kredser tættere på dette monster, ekstrem tidsudvidelse, så en time på planetens overflade er lig med syv år på et rumskib i nærheden.

Astrofysiker Kip Thorne (som også er et af grundlæggerne af LIGO) var dybt involveret i filmen og videnskaben deri. Han skrev i sin bog ' Videnskaben om interstellar 'at for at forårsage den tidsudvidelse, der skildres i filmen, skulle det sorte hul snurre med næsten den hurtigst mulige hastighed, som forskere mener er mulig for et sort hul. Mere specifikt '1 del i 100 billioner mindre end den maksimalt tilladte sats,' sagde Warburton.

(Selvom det ikke er beviseligt bevist, menes det, at hvis et sort hul skulle snurre hurtigere end dette maksimum, ville dets begivenhedshorisont krympe så langt tilbage, at det efterlod en nøgen singularitet, sagde Warburton - et resultat, der har trodset fysiske modeller indtil nu.)



Til deres undersøgelse så Warburton og hans kolleger på meget massive sorte huller, der snurrede lidt langsommere end Gargantua - kun omkring 99,99 procent af den maksimale teoretiske hastighed. 'Interstellar' Science: Filmens sorte hul forklaret (video)

Inden sorte huller kolliderer, spiraler de rundt om hinanden og kommer tættere og tættere på hinanden. Det ene sorte hul vil cirkulere det andet, indtil det når et punkt kendt som den laveste stabile bane, hvorefter det 'falder ind' til sin ledsager, forklarede Warburton.

Men jo hurtigere et sort hul snurrer, jo tættere kommer den laveste stabile bane til sin begivenhedshorisont, eller det punkt, hvorfra intet (ikke engang lys) kan undslippe, sagde han. Og hvad deres forskning viser er, at når det ledsagende sorte hul kan komme ekstremt tæt på sin ledsager, er de tyngdebølger, der udsendes af parret, meget forskellige fra det, man havde forventet.

De to sorte huller, som LIGO observerede, smeltede sammen og frembragte et 'kvidren' - det vil sige, at signalets frekvens steg støt og derefter blev brat afbrudt, da de to objekter kombinerede. Men Warburton og hans kolleger viste, at hurtigt snurrende sorte huller skaber et signal, der når en spidsfrekvens, og derefter begynder at falde i frekvens, før de falmer ud.

'I stedet for at kvidre får du denne slags sanglyd fra det sorte hul,' sagde Warburton. 'Det vil stige, det bliver ikke afskåret, det synger, og så er det stille til sidst.'

'[Det er] en helt anden gravitationsbølgesignatur ... end hvad der blev opdaget [af LIGO],' sagde han. Hvis en gravitationsbølgedetektor opfanger et signal, der lignede det, forskernes model beskriver, 'ville du vide, at du kiggede på et gigantisk system, noget der roterer ekstremt tæt på maksimum,' sagde han.

Dette er i modstrid med, hvad forskere forventede af en fusion, der involverede et meget hurtigt snurrende sort hul, ifølge Jolyon Bloomfield, en lektor ved MIT, der præsenterede forskning på samme pressemøde.

'Det var bestemt meget uventet at se noget, der ikke kvidrede,' sagde Bloomfield, da han blev spurgt under pressemødet, hvad han syntes om resultaterne. 'Hver skabelon, vi har set hidtil ... har haft denne smukke, kvidrende funktion, og vi antog bare, at [hvis vi] gør [det sorte huls spin] større ... den kvidrer større. Men dette er et ganske interessant arbejde, der siger nej, kvidren går faktisk væk. Noget andet sker her. '

På jagt efter gravitationssange

Sorte huller er mærkelige områder, hvor tyngdekraften er stærk nok til at bøje lys, skæve rum og fordreje tiden. [Se hvordan sorte huller fungerer i denne demokratija.eu infografik.]

Sorte huller er mærkelige områder, hvor tyngdekraften er stærk nok til at bøje lys, skæve rum og fordreje tiden. [Se hvordan sorte huller fungerer i denne demokratija.eu infografik.](Billedkredit: Karl Tate, demokratija.eu -bidragyder)

Det arbejde, Warburton præsenterede, fokuserer hovedsageligt på et scenario, der involverer et sort hul millioner af gange mere massivt end solen, der snurrer meget hurtigt og kolliderer med et meget mindre ledsagende sort hul - noget i størrelsesordenen titusinde gange solens masse. For at opdage disse signaler ville det kræve en meget stor gravitationsbølgedetektor som European Space Agency's eLISA -mission, som er planlagt til lancering i 2030'erne. Warburton sagde imidlertid, at nogle af disse mærkelige gravitationsbølgesange også kunne skabes af to mellemstore sorte huller, og disse signaler kan muligvis blive opdaget af LIGO.

Vil gravitationsbølgedetektorer opfange signaler skabt af disse superhurtigt roterende sorte huller? Warburton sagde, at et sådant scenario afhænger af, hvor almindelige disse objekter er i universet.

'Der er teoretiske argumenter, der tyder på, at 99,8 procent er den mest maksimale hastighed, du finder,' sagde Warburton. 'Men indtil opdagelsen af ​​gravitationsbølger for nylig troede folk, at de største sorte huller, du ville se, kun ville være 15 solmasser. Og de [sorte huller, som LIGO] så var dobbelt så mange: 30 solmasser. '

'Så disse ting er måske ikke så almindelige i universet,' sagde han. 'Men når du laver gravitationsbølgedataanalyse, skal du på forhånd vide, hvad du leder efter ... Og så har vi vist, hvad du skal kigge efter i datastrømmen for at opdage disse særligt eksotiske objekter . '

Det nye arbejde kan også hjælpe med at forklare hvor meget massive sorte huller dannes , Sagde Warburton, fordi et objekts spin kan indikere, hvordan det opnåede sin masse. Hvis et massivt sort hul dannet af mindre sorte huller smelter sammen, burde det ikke have en ekstremt høj centrifugeringshastighed, sagde han.

Et papir, der beskriver denne forskning, er tilgængeligt på webstedet open-access arXive.org, og papiret er blevet sendt til offentliggørelse, ifølge Warburton.

Følg Calla Cofield @callacofield .Følg os @Spacedotcom , Facebook og Google+ . Original artikel om demokratija.eu .