Astronomowie po raz pierwszy zmierzyli prędkość i kierunek nowonarodzonej czarnej dziury, dzięki falom grawitacyjnym wyprodukowanym, gdy odsunął się od miejsca połączenia macierzystych czarnych otworów. Ten pierwszy kompletny pomiar odrzutu czarnego otworu pojawia się prawie dokładnie dekadę po pierwszym wykryciu fal grawitacyjnych-maleńkie fale w przestrzeni po raz pierwszy przewidywane przez Alberta Einsteina w 1915 r.-wykonywane przez obserwatorium grawitacyjnego interferometru interferometru lasera (LIGO).
W ciągu ostatnich 10 lat bogactwo fala grawitacyjna wykrycia wykonywane przez Ligo a jego detektory fali grawitacyjnej, Panna i Kamioka detektor fali grawitacyjnej (kagra) pomalowały bardziej szczegółowy obraz Fuzje czarnej dziury niż kiedykolwiek wcześniej. Jednak jeden z najbardziej fascynujących i dramatycznych aspektów tych fuzji pozostał „niespotykany” przez te detektory, które mierzą dzwonienie czasoprzestrzeni spowodowane najbardziej ekstremalnymi wydarzeniami wszechświata. To jest „kopnięcie” dostarczone do córki czarnej dziury zrodzonej przez te fuzje.
Ten kopnięcie powoduje, że nowonarodzona czarna dziura wypłaca fale grawitacyjne w preferowanym kierunku – nierównowaga, która powoduje, że dala od miejsca narodzin, czasem tak szybko tyle milionów mil na godzinę. To jest wystarczająco szybkie, aby czarna dziura uciekła z jego domowej galaktyki.
Ten nierównomierny rozkład fal grawitacyjnych z odrzutu czarnej dziury powinien „brzmi” bardzo różni się od zwykłych fal grawitacyjnych emitowanych przez fuzje czarnych dziury, a także fale w czasoprzestrzeni emitowanych jako czarne otwory w binarie spiralnie razem.
Sygnał różni się również w zależności od pozycji, którą obserwator zajmuje w stosunku do odrzutu czarnej dziury. To zróżnicowanie pozwala naukowcom spojrzeć na sygnał fali grawitacyjnej i określić kierunek i prędkość kopniętej czarnej dziury.
„Połączenia czarnej dziury można rozumieć jako superpozycję różnych sygnałów, podobnie jak muzyka orkiestry zgodnej z połączeniem muzyki granej przez wiele różnych instrumentów”, Juan Calderon-Bustillo, lider zespołu studiów i badacz instytutu Galegode Físicade Altas Enerxías (Igfae), powiedział w oświadczeniu. „Jednak ta orkiestra jest wyjątkowa: publiczność znajdująca się na różnych pozycjach wokół niej zarejestruje różne kombinacje instrumentów, co pozwala im zrozumieć, gdzie dokładnie są wokół”.
Naukowcy z czarnej dziury wyrzucą z tego
Aby zbadać odrzut nowonarodzonej czarnej dziury, Calderon-Bustillo i współpracownicy zbadali połączenie dwóch czarnych otworów różnych mas zarejestrowanych przez Ligo i Pannę w 2019 r. Jako sygnał fali grawitacyjnej GW 190412.
Różnica między tym badaniem a wcześniejszymi analizami sygnału polega na tym, że ten zespół zastosował nową metodologię, która umożliwiła im wykrycie kopnięcia otrzymanego przez córkę Czarną dziurę.
„Wyszliśmy z tą metodą w 2018 roku. Wykazaliśmy, że umożliwiłaby to pomiary kopnięcia przy użyciu naszych obecnych detektorów w czasie, gdy inne istniejące metody wymagały detektorów, takich jak Lisa [a proposed space-based gravitational wave detector]który był już ponad dekadę-powiedział Calderon-Bustillo. „Niestety, do tego czasu zaawansowane Ligo i Panna nie wykryły sygnału z„ muzyką z różnych instrumentów ”, które mogłyby umożliwić pomiar kopnięcia.
„Byliśmy jednak pewni, że jedno takie wykrycie powinno nastąpić wkrótce. Wykrywanie GW190412 było niezwykle ekscytujące, zauważ, że kopnięcie prawdopodobnie można zmierzyć i faktycznie to zrobić”.
Czarna dziura utworzona w fuzji, która uruchomiła sygnał GW190412, było widziane z dala od miejsca narodzin z rozlegiemu 112 000 mil na godzinę (50 kilometrów na sekundę). To około 150 -krotność prędkości dźwięku tutaj na Ziemi.
Chociaż jest to dalekie od maksymalnej prędkości, którą czarna dziura może osiągnąć po kopnięciu spowodowanym połączeniem, jest wystarczająco szybki, aby ten czarny dziura uciekł z gęstej grupy gwiazd, lub Klaster kulistyw którym się urodził.
„Jest to jedno z niewielu zjawisk w astrofizyce, w których nie tylko coś wykryjemy-rekonstruujemy pełny ruch 3D obiektu, który ma miliardy lat świetlnych, z użyciem tylko fal w czasoprzestrzeni”, powiedział w oświadczeniu Kousttav Chandra, członek zespołu badawczego i badacza z Penn State University. „To niezwykła demonstracja tego, co mogą zrobić fale grawitacyjne”.
Kolejnym krokiem dla zespołu będzie użycie tego odrzutu, a także pomiary kierunku i prędkości czarnych otworów córki w celu zbadania fuzji czarnych dziur przez fale grawitacyjne, jak i z Promieniowanie elektromagnetycznez których ten jest podstawą „tradycyjnej astronomii”.
„Połączenia czarnej dziury w gęstych środowiskach mogą prowadzić do wykrywalnych sygnałów elektromagnetycznych-znanych jako rozbłyski-jako resztkowa czarna dziura przemierza gęste środowisko, takie jak ACTive Galaktyczne jądro (AGN), „Członek zespołu badań Samson Leong z chińskiego uniwersytetu w Hongkongu wyjaśnił w stwierdzeniu.„ Ponieważ widoczność płomienia zależy od orientacji odrzutu w stosunku do Ziemi, pomiar odrzutów pozwoli nam rozróżnić między prawdziwą grawitacyjną fala-elektromagnetyczną parę sygnałów, która pochodzi od zbiorowej czarnej dziury i sprawiedliwego zwalczania. ”
Badania zespołu zostały opublikowane we wtorek (9 września) w czasopiśmie Astronomia natury.
