Space & Astronomy 20 септември 2025 г. · 0 коментара
Черните дупки се сблъскват. Кредит за изображение: CC от 4.0 Noirlab
Десетилетие след първото си откриване гравитационните вълни продължават да предоставят нов прозорец на Вселената.
Учените за първи път откриха пулсации в пространството, известни като гравитационни вълни от сливането на две черни дупки през септември 2015 г. Това откритие бележи кулминацията на 100-годишния стремеж да се докаже едно от прогнозите на Айнщайн.
Две години след този водоразбор на физика дойде втори пробив в края на лятото през август 2017 г .: Първото откриване на гравитационни вълни, придружени от електромагнитни вълни от сливането на две неутронни звезди.
Гравитационните вълни са вълнуващи за учените, защото предоставят напълно нов поглед върху Вселената. Конвенционалната астрономия разчита на електромагнитни вълни – като светлина – но гравитационните вълни са независим пратеник, който може да произтича от обекти, които не излъчват светлина. Откриването на гравитационната вълна отключи тъмната страна на Вселената, като дава на учените достъп до явления, които никога не са наблюдавали преди.
Като физик на гравитационната вълна с над 20 години изследователски опит в научното сътрудничество на Лиго, видях от първа ръка как тези открития са трансформирали знанията на учените във Вселената.
Това лято, през 2025 г., учени от сътрудничеството Ligo, Dirego и Kagra също отбелязаха нов етап. След дълга пауза за надграждане на оборудването си, това сътрудничество току -що пусна актуализиран списък с открития на гравитационните вълни. Откритията в този списък предоставят на изследователите безпрецедентен поглед върху Вселената, включваща, наред с други неща, най -ясното откриване на гравитационно вълна досега.
Какви са гравитационните вълни?
Алберт Айнщайн за първи път предсказва съществуването на гравитационни вълни през 1916 г. Според теорията на гравитацията на Айнщайн, известна като обща относителност, масивни, плътни небесни обекти огъват пространството и времето.
Когато тези масивни предмети, като черни дупки и неутронни звезди – крайният продукт на свръхнова – обиколка един около друг, те образуват двоична система. Движението от тази система динамично се разтяга и стиска пространството около тези обекти, изпращайки гравитационни вълни през вселената. Тези вълни така леко променят разстоянието между други обекти във Вселената, докато преминават.
Откриването на гравитационни вълни изисква измерване на разстоянията много внимателно. Сътрудничеството на Лиго, Дева и Кагра оперира четири гравитационни обсерватории на вълната: две обсерватории на лиго в САЩ, обсерваторията Дева в Италия и обсерваторията на Кагра в Япония.
Всеки детектор има L-образни оръжия, които се простират на две мили. Всяко рамо съдържа кухина, пълна с отразена лазерна светлина, която точно измерва разстоянието между две огледала.
С преминаването на гравитационна вълна, тя променя разстоянието между огледалата с 10-18 метра – само 0,1% от диаметъра на протон. Астрономите могат да измерват как огледалата се колебаят, за да проследят орбитата на черните дупки.
Тези малки промени в разстоянието кодират огромно количество информация за техния източник. Те могат да ни кажат масите на всяка черна дупка или неутронна звезда, местоположението им и дали се въртят по собствената си ос.
Сливане на неутронно звездно-черни дупки
Както бе споменато по -горе, сътрудничеството на Ligo, Dirgo и Kagra наскоро отчете 128 нови бинарни сливания от данни, взети между 24 май 2023 г. и 16 януари 2024 г. – което повече от удвоява предишния брой.
Сред тези нови открития е сливането на неутронни звездни дупки. Това сливане се състои от сравнително светла черна дупка с маса между 2,5 и 4,5 пъти повече от масата на нашето слънце, сдвоена с неутронна звезда, която е 1,4 пъти повече от масата на нашето слънце.
В този вид система учените теоретизират, че Черната дупка разкъсва неутронната звезда, преди да я погълне, която освобождава електромагнитни вълни. За съжаление, сътрудничеството не успя да открие такива електромагнитни вълни за тази конкретна система.
Откриването на електромагнитен колега до черна дупка, разкъсваща неутронна звезда, е сред светите граалки на астрономията и астрофизиката. Тези електромагнитни вълни ще осигурят богатите набори от данни, необходими за разбиране както на екстремните условия, налични в материята, така и на екстремната гравитация. Учените се надяват на по -добро щастие следващия път, когато детекторите забелязват такава система.
Масивни бинарни и ясни гравитационни вълни
През юли 2025 г. сътрудничеството LIGO, DIRGO и KAGRA също обяви, че са открили най -масивното сливане на двоични черни дупки, открити някога. Комбинираната маса на тази система е повече от 200 пъти масата на нашето Слънце. И една от двата черни дупки в тази система вероятно има маса, която учените по -рано предполагаха, че не може да бъде произведена от срива на една звезда.
Най -новото откритие, обявено от сътрудничеството Ligo, Dirego и Kagra, през септември 2025 г. е най -ясното наблюдение на гравитационната вълна до момента. Това събитие е почти клонинг на първото наблюдение на гравитационната вълна от преди 10 години, но тъй като детекторите на Лиго са се подобрили през последното десетилетие, то се откроява над шума три пъти повече от първото откритие. Тъй като наблюдаваният сигнал за гравитационна вълна е толкова ясен, учените могат да потвърдят, че крайната черна дупка, образувана от сливането, излъчва гравитационни вълни точно както трябва според общата относителност.
Те също показаха, че повърхността на крайната черна дупка е по -голяма от повърхностната площ на първоначалните черни дупки, което означава, че сливането увеличава ентропията, според основополагащата работа от Стивън Хокинг и Джейкъб Бекенщайн. Ентропията измерва колко нарушена е системата. Очаква се всички физически взаимодействия да увеличат разстройството на Вселената, според термодинамиката. Това скорошно откритие показа, че черните дупки се подчиняват на собствените си закони, подобни на термодинамиката.
Началото на по -дълго наследство
Четвъртото наблюдение на Ligo, Dirgo и Kagra Collaboration продължава и ще продължи до ноември. Моите колеги и аз предвиждаме повече от 100 допълнителни открития в рамките на следващата година.
Новите наблюдения, започващи през 2028 г., могат да доведат до бинарните сливания до около 1000 до около 2030 г., ако сътрудничеството запази финансирането си.
Гравитационното наблюдение на вълната все още е в начален стадий. Предложеното надграждане до LIGO, наречено#, може да увеличи степента на откриване на гравитационната вълна с друг фактор 10. Предложени нови обсерватории, наречени Cosmic Explorer, и телескоп Айнщайн, които могат да бъдат изградени за 10 до 20 години, ще увеличи скоростта на гравитационно откриване на вълни с 1000, спрямо скоростта на тока, чрез по -нататъшно намаляване на NOISE в Detector.
Чад Хана, професор по физика, щата Пен
Тази статия е преиздадена от разговора под лиценз Creative Commons.
Прочетете оригиналната статия.
Източник: Разговорът | Коментари (0)