الفلك

وجها لوجه تصادم اثنين من الثقوب السوداء

وجها لوجه تصادم اثنين من الثقوب السوداء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

مستوحاة من إذا تداخل أفقان لحدث الثقب الأسود (اللمس) هل يمكن أن ينفصلا مرة أخرى؟ ، كنت أتساءل ماذا سيحدث إذا اصطدم ثقبان أسودان ببعضهما البعض في تصادم وجهاً لوجه.

في هذا النموذج يوجد ثقبان أسودان على مستوى ديكارتي ثلاثي الأبعاد. تبلغ كتلة كل ثقب أسود مليار كتلة شمسية ، وكلاهما يبلغ 0.9 درجة مئوية. إنهم يتحركون على المحور z في اتجاهين متعاكسين.

إذا كان كلا الثقبين الأسودين لا يدوران ، أحدهما يتحرك موجب z والآخر في حالة سالب z ، ويصطدم عند الأصل في تصادم كامل وجهاً لوجه ، فماذا ستكون النتيجة؟

ما هي المدة التي سيستغرقها الاندماج الكامل ، وما هو الدوران الناتج؟ هل ستكون هناك موجة كبيرة من طاقة الجاذبية ، أم هناك انبعاث آخر؟

لا أعتقد أن هذه نسخة مكررة من هل سيكتشف LIGO التصادم المباشر؟ كما اقترحJohn Rennie أوuhoh beucase ، أسأل أكثر ما هو التأثير على BH أنفسهم وما نوع الانبعاثات المتضمنة. ليست بالضرورة تلك التي يمكن اكتشافها بواسطة LIGO.


حسنًا ، الدوران سهل. نظامك لديه زخم زاوي صفري ، لذا فإن الدوران سيكون صفراً.

أعتقد أنه لن يكون هناك أيضًا إشعاع ثقالي. لسبب تقني بسيط هو أن موجات الجاذبية تأتي فقط من التغييرات في العزم الرباعي للنظام وفي نظامك تكون العزم الرباعي صفرًا دائمًا.

لذلك ينتهي كل شيء في الثقب الأسود النهائي الذي سيكون له كتلة حوالي 4.6 مليار كتلة شمسية ، قادمة من كتلة الثقوب المتصادمة ، وطاقتهما الحركية.

لست متأكدًا تمامًا من المدة التي سيستغرقها الاندماج ، لكنه سيكون مشابهًا لنصف قطر شوارزشيلد المعني ، مقسومًا على $ c $، لذلك حوالي ثلاث ساعات (كما يراه مراقب بعيد).


عندما تصطدم المجرات: تشير النماذج إلى أن الاصطدامات المجرية يمكن أن تجويع الثقوب السوداء الهائلة

تصورات النموذج الديناميكي الذي يحاكي سيناريوهين مختلفين. يُظهر الصف العلوي تصادمًا يقلل النشاط الأساسي ، بينما يُظهر الصف السفلي تصادمًا يزيد من النشاط الأساسي. الائتمان: © 2021 Miki et al.

كان يُعتقد سابقًا أن الاصطدامات بين المجرات ستضيف بالضرورة إلى نشاط الثقوب السوداء الهائلة في مراكزها. ومع ذلك ، فقد أجرى الباحثون المحاكاة الأكثر دقة لمجموعة من سيناريوهات الاصطدام ووجدوا أن بعض التصادمات يمكن أن تقلل من نشاط الثقوب السوداء المركزية. والسبب هو أن بعض الاصطدامات المباشرة قد تطهر في الواقع نوى المجرة للمادة التي من شأنها أن تغذي الثقوب السوداء الموجودة بداخلها.

غالبًا ما تُعتبر الظواهر العملاقة مثل اصطدام المجرات بمثابة كارثة كونية ، حيث تتحطم النجوم وتنفجر ، وتدمير على نطاق ملحمي. لكن في الواقع ، هو أقرب إلى تجمع زوج من الغيوم ، وعادة ما يكون أكبر واحد يمتص سحابة أصغر. من غير المحتمل أن تصطدم أي نجوم بداخلها. لكن بعد قولي هذا ، عندما تصطدم المجرات ، يمكن أن تكون العواقب وخيمة.

تصطدم المجرات بطرق مختلفة. في بعض الأحيان تصطدم مجرة ​​صغيرة بالجزء الخارجي من مجرة ​​أكبر وإما أن تمر أو تندمج ، في كلتا الحالتين ، تتبادل الكثير من النجوم على طول الطريق. لكن المجرات يمكن أن تصطدم أيضًا وجهاً لوجه ، حيث يتمزق الأصغر من الاثنين بفعل قوى المد والجزر في المجرة الأكبر. في هذا السيناريو يمكن أن يحدث شيء مثير للاهتمام داخل نواة المجرة.

قال الباحث المشارك يوهي ميكي Yohei Miki من جامعة طوكيو: "في قلب معظم المجرات يوجد ثقب أسود هائل ، أو MBH". "لطالما اكتشف علماء الفلك تصادمات المجرات ، فقد كان يُفترض أن الاصطدام سيوفر دائمًا وقودًا لـ MBH في شكل مادة داخل النواة. وأن هذا الوقود سيغذي MBH ، مما يزيد بشكل كبير من نشاطها ، وهو ما نقوم به قد نرى ضوء الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية من بين أشياء أخرى. ومع ذلك ، لدينا الآن سبب وجيه للاعتقاد بأن تسلسل الأحداث هذا ليس حتميًا وأن العكس تمامًا قد يكون صحيحًا في بعض الأحيان ".

تصورات النموذج الديناميكي الذي يحاكي تصادمًا يزيد من النشاط الأساسي. الائتمان: © 2021 Miki et al.

يبدو من المنطقي أن الاصطدام المجري لن يؤدي إلا إلى زيادة نشاط MBH ، لكن كان ميكي وفريقه فضوليين لاختبار هذه الفكرة. قاموا ببناء نماذج مفصلة للغاية لسيناريوهات تصادم المجرة وتشغيلها على أجهزة الكمبيوتر العملاقة. كان الفريق سعيدًا برؤية أنه في بعض الظروف ، قد تجرد مجرة ​​صغيرة واردة من المادة المحيطة بـ MBH للمجرة الأكبر. هذا من شأنه أن يقلل بدلاً من زيادة نشاطها.

قال ميكي: "لقد حسبنا التطور الديناميكي للمادة الغازية التي تحيط بـ MBH في شكل طارة ، أو شكل دائري". "إذا قامت المجرة القادمة بتسريع هذا الطارة فوق عتبة معينة تحددها خصائص MBH ، فسيتم إخراج الأمر وسيتم تجويع MBH. يمكن أن تستمر هذه الأحداث في منطقة مليون سنة ، على الرغم من أننا ما زلنا غير متأكدين من إلى متى قد يستمر قمع نشاط MBH. "

انطباع الفنان عن سحب الغاز بعيدًا عن نواة المجرة. الائتمان: © 2021 Miki et al.

يمكن أن يساعدنا هذا البحث في فهم تطور مجرتنا درب التبانة. علماء الفلك واثقون من أن مجرتنا اصطدمت بالعديد من المجرات الأصغر من قبل.


أصداء اندماج مفاجئ

في مايو 2019 ، أدى تصادم بين ثقبين أسودين إلى هز الزمكان ، مسجلاً في LIGO و Virgo كاشفات موجات الجاذبية كأثقل اندماج للثقب الأسود تم اكتشافه حتى الآن. اقترح التحليل الأولي لـ GW190521 أن المشاركين في هذا الاصطدام الكوني كانوا

66 ضعف كتلة الشمس ، وأنهم شكلوا ثقبًا أسود نهائيًا

142 كتلة شمسية - نتيجة ثقيلة بشكل غير متوقع تهبط في فئة المراوغة ثقوب سوداء متوسطة الكتلة.

"المقبرة النجمية" سريعة التوسع ، وهي قطعة من كتل المكونات المختلفة لعمليات الاندماج الثنائية المدمجة المرصودة. GW190521 ، أعلى الوسط ، أكثر ضخامة من أي اندماج ثنائي آخر لاحظناه.
LIGO-Virgo / Northwestern U. / Frank Elavsky & amp Aaron Geller

لكن GW190521 أثار الدهشة لسبب آخر أيضًا: فقد سقطت الكتل المقدرة للثقوب السوداء المندمجة بين 65 و 120 كتلة شمسية ، وهي منطقة تُعرف باسم فجوة كتلة زوج عدم الاستقرار. يجب أن يكون هذا النطاق من الكتل محظورًا بطبيعته بالنسبة للثقوب السوداء المولودة من النجوم المنهارة ، بناءً على فهمنا الحالي لعمليات التطور النجمي.

في حين أن هناك العديد من الفرضيات حول الكيفية التي يمكن أن تتشكل بها الثقوب السوداء ذات الكتلة الهائلة ، فقد ركز عالمان على زاوية بديلة: ماذا لو كنا ببساطة مخطئين في تقديرنا للكتل المكونة لـ GW190521؟


عندما تصطدم المجرات

كان يُعتقد سابقًا أن الاصطدامات بين المجرات ستضيف بالضرورة إلى نشاط الثقوب السوداء الهائلة في مراكزها. ومع ذلك ، فقد أجرى الباحثون المحاكاة الأكثر دقة لمجموعة من سيناريوهات الاصطدام ووجدوا أن بعض التصادمات يمكن أن تقلل من نشاط الثقوب السوداء المركزية. والسبب هو أن بعض الاصطدامات المباشرة قد تطهر في الواقع نوى المجرة للمادة التي من شأنها أن تغذي الثقوب السوداء الموجودة بداخلها.

عندما تفكر في ظواهر عملاقة مثل اصطدام المجرات ، قد يكون من المغري أن تتخيلها على أنها نوع من الكارثة الكونية ، مع تحطم النجوم وانفجارها ، والدمار على نطاق ملحمي. لكنها في الواقع أقرب إلى تجمع زوج من الغيوم ، وعادة ما تكون أكبر تمتص سحابة أصغر. من غير المحتمل أن تصطدم أي نجوم بداخلها. لكن بعد قولي هذا ، عندما تصطدم المجرات ، يمكن أن تكون العواقب وخيمة.

تصطدم المجرات بطرق مختلفة. في بعض الأحيان تصطدم مجرة ​​صغيرة بالجزء الخارجي من مجرة ​​أكبر وإما أن تمر أو تندمج ، وفي كلتا الحالتين تتبادل الكثير من النجوم على طول الطريق. لكن المجرات يمكن أن تصطدم أيضًا وجهاً لوجه ، حيث سيتمزق الأصغر من الاثنين بفعل قوى المد والجزر في المجرة الأكبر. في هذا السيناريو يمكن أن يحدث شيء مثير للاهتمام داخل نواة المجرة.

قال الباحث المشارك يوهي ميكي Yohei Miki من جامعة طوكيو: "في قلب معظم المجرات يوجد ثقب أسود هائل ، أو MBH". "لطالما اكتشف علماء الفلك تصادمات المجرات ، فقد كان يُفترض أن الاصطدام سيوفر دائمًا وقودًا لـ MBH في شكل مادة داخل النواة. وأن هذا الوقود سيغذي MBH ، مما يزيد بشكل كبير من نشاطها ، وهو ما نقوم به قد نرى ضوء الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية من بين أشياء أخرى. ومع ذلك ، لدينا الآن سبب وجيه للاعتقاد بأن تسلسل الأحداث هذا ليس حتميًا وأن العكس تمامًا قد يكون صحيحًا في بعض الأحيان ".

يبدو من المنطقي أن الاصطدام المجري لن يؤدي إلا إلى زيادة نشاط MBH ، لكن كان ميكي وفريقه فضوليين لاختبار هذه الفكرة. قاموا ببناء نماذج مفصلة للغاية لسيناريوهات تصادم المجرة وتشغيلها على أجهزة الكمبيوتر العملاقة. كان الفريق سعيدًا برؤية أنه في بعض الظروف ، قد تجرد مجرة ​​صغيرة واردة من المادة المحيطة بـ MBH للمجرة الأكبر. هذا من شأنه أن يقلل بدلاً من زيادة نشاطها.

قال ميكي: "لقد حسبنا التطور الديناميكي للمادة الغازية التي تحيط بـ MBH في شكل طارة ، أو شكل دائري". "إذا قامت المجرة القادمة بتسريع هذا الطارة فوق عتبة معينة تحددها خصائص MBH ، فسيتم إخراج المادة وسيتم تجويع MBH. يمكن أن تستمر هذه الأحداث في منطقة مليون سنة ، على الرغم من أننا ما زلنا غير متأكدين من إلى متى قد يستمر قمع نشاط MBH. "

يمكن أن يساعدنا هذا البحث في فهم تطور مجرتنا درب التبانة. علماء الفلك واثقون من أن مجرتنا اصطدمت بالعديد من المجرات الأصغر من قبل.


هل هذه الاشتباكات حتمية؟

تصطدم المجرات بأشكال مختلفة. يمكن لمجرة صغيرة غالبًا أن تتقاطع مع الجزء الخارجي لمجرة أكبر ثم تتحرك عبرها أو تتحد ، وتتشارك في عدد من الكائنات على طول الطريق في أي من الحالتين. لكن المجرات ستصطدم وجهاً لوجه أيضًا ، حيث سيتمزق الأصغر من الاثنين بفعل قوى المد والجزر الأكبر. في هذه الحالة ، داخل نواة المجرة ، سيحدث شيء رائع إلى حد ما.

قال الباحث المشارك يوهي ميكي من جامعة طوكيو إن ثقبًا أسودًا هائلاً (MBH) يقع في وسط العديد من المجرات. يعتقد الخبراء أن الانهيار غالبًا ما يزود MBH بالوقود على شكل مادة داخل النواة.

وأن هذا الوقود سوف يغذي MBH ، ويزيد من تشغيله بشكل كبير ، والذي سنرى ، من بين أمور أخرى ، الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية. لدينا الآن سبب كافٍ لنفترض أن هذه السلسلة من الأحداث ليست حتمية وأن العكس نفسه يمكن أن يكون صحيحًا أيضًا في الواقع.


يتم فقدان بعض الطاقة بسبب إشعاع الجاذبية. ربما ينتهي الأمر بالبعض في الثقب الأسود النهائي (على سبيل المثال ، قد يكون $ m _ < rm final> $ أكبر من مجموع الكتلتين الأوليين). إن معرفة نسب هذين الأمرين ليس بالأمر الهين ، كما أتخيل.

لن يكون لموجات الجاذبية التي تضرب المادة أي تأثير دراماتيكي رهيب. بمجرد أن تكون بعيدًا عن الثقوب السوداء ، فإن سعة الإجهاد منخفضة. كانوا يهزون الأشياء قليلاً.

أثناء تصادم اثنين من الثقوب السوداء ، ينبعث إشعاع الجاذبية. بعد عملية الاصطدام ، يتلاشى إشعاع الجاذبية في النهاية ويبقى ثقب أسود واحد.

تعتبر معالجة هذا النظام المكون من جسمين كميًا مهمة رئيسية للنسبية العددية ، والتي شهدت بعض الاختراقات الكبيرة بعد عمل فرانس بريتوريوس. من غير العملي تمامًا ، إن لم يكن من المستحيل ، التعامل مع مشكلة الجسمين النسبية العامة بشكل تحليلي.

الإشعاع الثقالي المنبعث في مثل هذه العملية - من المرحلة الملهمة من خلال الاندماج إلى حلقة الثقب الأسود في الحالة النهائية - له مظهر مميز قد يسهل اكتشاف موجات الجاذبية المقابلة بتجربة مثل LIGO (المتقدم).

من الممكن إعطاء حد أعلى بسيط لأقصى طاقة لإشعاع الجاذبية المنبعث في مثل هذه العملية باستخدام نظرية منطقة هوكينج.

لنفترض للتبسيط أن الحالة الأولية تتكون تقريبًا من ثقبين أسودين من نوع Schwarzschild لهما كتل متساوية $ m $ والحالة النهائية تقريبًا لثقب أسود واحد كتلته $ M $.

تُعطى الطاقة $ E $ من إشعاع الجاذبية المنبعث أثناء الاصطدام بمقدار $ E = 2m-M $. لذلك تحصل على أكبر قدر ممكن من موجات الجاذبية إذا كان $ M $ صغيرًا قدر الإمكان ، $ M = M _ < rm min> $.

تشير نظرية منطقة هوكينج إلى أن مساحة الثقب الأسود النهائي أكبر أو مساوية لمجموع مناطق الثقوب السوداء الأولية. يؤدي استخدام المنطقة $ propto $ mass $ ^ 2 $ إلى عدم المساواة $ M ^ 2 geq 2m ^ 2 $. تصبح الكتلة النهائية للثقب الأسود ضئيلة إذا كانت هذه المتباينة مشبعة ، $ M _ < rm min> = sqrt <2> m $.

في الختام ، يتم إعطاء أقصى قدر من الطاقة المشعة بعيدًا في تصادم ثقوب شوارزشيلد السوداء متساوية الكتلة من خلال

$ E_ < rm max> = 2m- sqrt <2> m = (2- sqrt <2>) m حوالي 0.29 مرات 2m $

لذلك في سيناريو "أفضل حالة" يمكنك استخراج 29٪ على الأكثر من الطاقة الأولية في شكل إشعاع الجاذبية.

يمكنك لعب نفس اللعبة مع ثقوب Schwarzschild السوداء ذات الكتل المختلفة أو ثقوب Kerr-Newman السوداء.

بالنسبة إلى سؤالك الثاني ، فإن موجات الجاذبية المنبعثة في مثل هذه العملية لا تختلف (بصرف النظر عن نمطها المميز المشار إليه أعلاه) عن موجات الجاذبية المنبعثة من مصادر أخرى. يمكنك التحقق من ويكيبيج للحصول على رسم متحرك لكيفية تشويه الاستقطابين لموجة ثقالية حلقة من الجسيمات.

أثناء كتابة هذه الإجابة ، نشر لورانس ب.كرويل إجابته ، والتي تحتوي أيضًا على الحد الأعلى لإشعاع الجاذبية المشتق أعلاه.


عندما تصطدم المجرات - تشير النماذج إلى أن الاصطدامات المجرية يمكن أن تؤدي إلى تجويع الثقوب السوداء الضخمة

المقاييس الكونية. انطباع الفنان عن سحب الغاز بعيدًا عن نواة المجرة. (Credit: Miki et al.) الحجم الأصلي (1.9 ميغابايت)

كان يعتقد سابقًا أن الاصطدامات بين المجرات ستضيف بالضرورة إلى نشاط الثقوب السوداء الضخمة في مراكزها. ومع ذلك ، فقد أجرى الباحثون المحاكاة الأكثر دقة لمجموعة من سيناريوهات الاصطدام ووجدوا أن بعض التصادمات يمكن أن تقلل من نشاط الثقوب السوداء المركزية. والسبب هو أن بعض الاصطدامات المباشرة قد تطهر في الواقع نوى المجرة للمادة التي من شأنها أن تغذي الثقوب السوداء الموجودة بداخلها.

عندما تفكر في ظواهر عملاقة مثل اصطدام المجرات ، قد يكون من المغري أن تتخيلها على أنها نوع من الكارثة الكونية ، مع تحطم النجوم وانفجارها ، والدمار على نطاق ملحمي. لكنها في الواقع أقرب إلى تجمع زوج من الغيوم ، وعادة ما تكون أكبر تمتص سحابة أصغر. من غير المحتمل أن تصطدم أي نجوم بداخلها. لكن بعد قولي هذا ، عندما تصطدم المجرات ، يمكن أن تكون العواقب وخيمة.

تصطدم المجرات بطرق مختلفة. في بعض الأحيان تصطدم مجرة ​​صغيرة بالجزء الخارجي من مجرة ​​أكبر وإما أن تمر أو تندمج ، وفي كلتا الحالتين تتبادل الكثير من النجوم على طول الطريق. لكن المجرات يمكن أن تصطدم أيضًا وجهاً لوجه ، حيث سيتمزق الأصغر من الاثنين بفعل قوى المد والجزر في المجرة الأكبر. في هذا السيناريو يمكن أن يحدث شيء مثير للاهتمام داخل نواة المجرة.

قال الباحث المشارك يوهي ميكي Yohei Miki من جامعة طوكيو: "في قلب معظم المجرات يوجد ثقب أسود هائل ، أو MBH". لطالما اكتشف علماء الفلك تصادمات المجرات ، فقد افترضنا أن الاصطدام سيوفر دائمًا وقودًا لـ MBH في شكل مادة داخل النواة. وأن هذا الوقود سيغذي MBH ، مما يزيد بشكل كبير من نشاطه ، والذي سنراه على أنه ضوء الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية من بين أشياء أخرى. ومع ذلك ، لدينا الآن سبب وجيه للاعتقاد بأن تسلسل الأحداث هذا ليس حتميًا وأن العكس تمامًا قد يكون صحيحًا في بعض الأحيان ".

يبدو من المنطقي أن الاصطدام المجري لن يؤدي إلا إلى زيادة نشاط MBH ، لكن كان ميكي وفريقه فضوليين لاختبار هذه الفكرة. قاموا ببناء نماذج مفصلة للغاية لسيناريوهات تصادم المجرة وتشغيلها على أجهزة الكمبيوتر العملاقة. كان الفريق سعيدًا برؤية أنه في بعض الظروف ، قد تجرد مجرة ​​صغيرة واردة من المادة المحيطة بـ MBH للمجرة الأكبر. هذا من شأنه أن يقلل بدلاً من زيادة نشاطها.

قال ميكي: "لقد حسبنا التطور الديناميكي للمادة الغازية التي تحيط بـ MBH في شكل طارة ، أو شكل دائري". "إذا قامت المجرة القادمة بتسريع هذه الحلقة فوق عتبة معينة تحددها خصائص MBH ، فسيتم إخراج المادة وسيتم تجويع MBH. يمكن أن تستمر هذه الأحداث في منطقة تبلغ مليون عام ، على الرغم من أننا ما زلنا غير متأكدين من المدة التي قد يستمر فيها قمع نشاط MBH ".

يمكن أن يساعدنا هذا البحث في فهم تطور مجرتنا درب التبانة. علماء الفلك واثقون من أن مجرتنا اصطدمت بالعديد من المجرات الأصغر من قبل.


عندما تصطدم الثقوب السوداء

من أكثر الأحداث الكارثية التي تحدث في الكون تصادم ثقبين أسودين. تشكلت الثقوب السوداء من الانهيار المميت للنجوم الضخمة ، وهي مدمجة بشكل لا يصدق ، وسيشعر الشخص الذي يقف بالقرب من ثقب أسود ذي كتلة نجمية بجاذبية أقوى بنحو تريليون مرة مما يشعر به على الأرض. عندما يلتف جسمان من هذه الكثافة القصوى معًا ويندمجان ، وهو أمر شائع إلى حد ما في الفضاء ، فإنهما يشعان طاقة أكبر من كل النجوم في الكون.

& quot ؛ تخيل أنك تأخذ 30 شمسًا وتعبئتها في منطقة بحجم هاواي. ثم خذ جسمين من هذا القبيل وقم بتسريعهما إلى نصف سرعة الضوء واجعلهما يتصادمان. هذا واحد من أكثر الأحداث عنفًا في الطبيعة ، كما يقول فيجاي فارما ، طالب دراسات عليا في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.

في دراسة جديدة في عدد 11 يناير من المجلة رسائل المراجعة البدنيةأفاد فارما وزملاؤه عن أكثر النماذج الحاسوبية دقة حتى الآن في المرحلة النهائية من اندماجات الثقوب السوداء ، وهي الفترة التي تشكل فيها ثقب أسود جديد أكثر ضخامة. سيساعد النموذج ، الذي تم دعمه بواسطة أجهزة الكمبيوتر العملاقة والتعلم الآلي ، أو أدوات الذكاء الاصطناعي (AI) ، الفيزيائيين في النهاية على إجراء اختبارات أكثر دقة لنظرية النسبية العامة لأينشتاين.

& quot ؛ يمكننا التنبؤ بما تبقى بعد اندماج ثقب أسود وخصائص mdash للثقب الأسود النهائي مثل دورانه وكتلته و mdash بدقة 10 إلى 100 مرة أفضل مما كان ممكنًا من قبل ، كما يقول المؤلف المشارك دافيد جيروسا ، زميل ما بعد الدكتوراه في أينشتاين في النظرية الفيزياء الفلكية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. & quot هذا مهم لأن اختبارات النسبية العامة تعتمد على مدى قدرتنا على التنبؤ بالحالات النهائية لعمليات اندماج الثقوب السوداء. & quot

يرتبط البحث بجهد أكبر لدراسة الثقوب السوداء باستخدام مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية ، والذي دخل التاريخ في عام 2015 من خلال إجراء أول اكتشاف مباشر لموجات الجاذبية المنبعثة من اندماج ثقب أسود. منذ ذلك الحين ، اكتشف LIGO تسع عمليات اندماج إضافية للثقب الأسود. موجات الجاذبية هي تموجات في المكان والزمان ، تنبأ بها أينشتاين لأول مرة منذ أكثر من 100 عام. الجاذبية نفسها ، وفقًا للنسبية العامة ، هي تشوه نسيج الزمكان. عندما تتسارع الأجسام الضخمة مثل الثقوب السوداء عبر الزمكان ، فإنها تولد موجات ثقالية.

يتمثل أحد أهداف LIGO وآلاف العلماء الذين يحللون بياناته في فهم فيزياء تصادمات الثقوب السوداء و mdashand بشكل أفضل لاستخدام هذه البيانات ، بدورها ، لتقييم ما إذا كانت نظرية النسبية العامة لأينشتاين لا تزال صحيحة في ظل هذه الظروف القاسية. قد يفتح انهيار النظرية الباب أمام أنواع جديدة من الفيزياء لم يتم تخيلها بعد.

لكن إنشاء نماذج لأحداث ضخمة مثل تصادم الثقوب السوداء أثبت أنه مهمة شاقة. عندما تصبح الثقوب السوداء المتصادمة قريبة جدًا من بعضها البعض ، قبل ثوانٍ فقط من الاندماج النهائي ، تصبح مجالات الجاذبية والسرعات الخاصة بها شديدة للغاية وتصبح الرياضيات معقدة للغاية بالنسبة للطرق التحليلية القياسية.

& quot عندما يتعلق الأمر بنمذجة هذه المصادر ، يمكن للمرء استخدام نهج القلم والورقة لحل معادلات أينشتاين خلال المراحل الأولى من الاندماج عندما تتصاعد الثقوب السوداء تجاه بعضها البعض ، كما يقول فارما. ومع ذلك ، فإن هذه المخططات تتعطل بالقرب من الاندماج. المحاكاة باستخدام معادلات النسبية العامة هي الوسيلة الوحيدة للتنبؤ بنتائج عملية الاندماج بدقة. & quot

هذا هو المكان الذي تساعد فيه أجهزة الكمبيوتر العملاقة. استفاد الفريق من ما يقرب من 900 عملية محاكاة لدمج الثقب الأسود كانت تديرها مجموعة Simulation eXtreme Spacetimes (SXS) باستخدام كمبيوتر Wheeler العملاق في Caltech (بدعم من مؤسسة Sherman Fairchild) والكمبيوتر الفائق Blue Waters في المركز الوطني لتطبيقات الحوسبة الفائقة (NCSA) ) في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين. استغرقت عمليات المحاكاة 20000 ساعة من وقت الحوسبة. تعلم علماء معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا & # 39 برنامج التعلم الآلي الجديد ، أو الخوارزمية ، من عمليات المحاكاة وساعدوا في إنشاء النموذج النهائي.

& quot الآن بعد أن قمنا ببناء النموذج الجديد ، لا تحتاج إلى أن تستغرق شهورًا ، & quot؛ يقول فارما. يمكن للنموذج الجديد أن يمنحك إجابات عن الحالة النهائية لعمليات الاندماج في أجزاء من الثانية. & quot

يقول الباحثون إن نموذجهم سيكون ذا أهمية خاصة في غضون سنوات قليلة ، حيث أن LIGO وغيره من أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية من الجيل التالي أصبحت أكثر دقة في قياساتهم. "في غضون السنوات القليلة المقبلة أو نحو ذلك ، سيكون لكاشفات موجات الجاذبية ضوضاء أقل ،" يقول جيروسا. & quot ؛ لن تكون النماذج الحالية لخصائص الثقب الأسود النهائية دقيقة بدرجة كافية في تلك المرحلة ، وهذا حيث يمكن أن يساعد نموذجنا الجديد حقًا. & quot

ال رسائل المراجعة البدنية الدراسة بعنوان & quot ؛ توقعات الكتلة والدوران والارتداد عالية الدقة لبقايا اندماج الثقوب السوداء العامة ، ومولتها مؤسسة شيرمان فيرتشايلد ، والمؤسسة الوطنية للعلوم ، ووكالة ناسا ، ومؤسسة برينسون ، ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. يشمل المؤلفون الآخرون الخريج ليو شتاين (BS & # 3906) من جامعة ميسيسيبي وكان سابقًا باحثًا لما بعد الدكتوراه في Caltech François Hébert ، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في Caltech و Hao Zhang من جامعة بنسلفانيا وكان سابقًا زميلًا صيفيًا للبحوث الجامعية (SURF) في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.


قنبلة الثقب الأسود: يسمع علماء الفلك أكبر حدث كوني منذ الانفجار العظيم - "مثل جلجل"

تم نسخ الرابط

يناقش نيل ديجراس تايسون "السباغيتيون" في الثقب الأسود

عند الاشتراك ، سنستخدم المعلومات التي تقدمها لإرسال هذه الرسائل الإخبارية إليك. في بعض الأحيان سوف تتضمن توصيات بشأن الرسائل الإخبارية أو الخدمات الأخرى ذات الصلة التي نقدمها. يوضح إشعار الخصوصية الخاص بنا المزيد حول كيفية استخدامنا لبياناتك وحقوقك. يمكنك إلغاء الاشتراك في أي وقت.

اكتشف خبراء الفضاء دليلاً على اصطدام قديم ملحمي بين ثقبين أسودين أدى إلى إنشاء وحش هائل جديد بمقياس فريد. قال آلان وينشتاين ، أستاذ الفيزياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا والمؤلف المشارك للاكتشاف: "إنه أكبر انفجار منذ الانفجار العظيم الذي لاحظته البشرية".

الشائع

الثقوب السوداء هي مناطق في الزمكان حيث تكون الجاذبية قوية جدًا بحيث لا يمكن لأي شيء ، حتى الضوء ، الهروب.

إنه أكبر انفجار منذ الانفجار العظيم لاحظته البشرية

البروفيسور آلان وينشتاين

تتنبأ نظرية النسبية العامة بأن كتلة مضغوطة بدرجة كافية يمكنها تشويه الزمكان لتشكيل ثقب أسود.

كان العلماء حتى الآن قد لاحظوها في حجمين فقط.

تتشكل الثقوب السوداء النجمية المسماة & lsquosmall & rsquo عندما ينهار نجم ويُعتقد أنها بحجم المدن الصغيرة.

تصادم الثقوب السوداء مسؤول عن `` فئة جديدة '' من الأجسام النجمية (الصورة: AP)

اكتشف خبراء الفضاء أدلة على اصطدام قديم ملحمي بين ثقبين أسودين (الصورة: جيتي)

اقرأ أكثر

من المعروف الآن أن الثقوب السوداء الهائلة أكبر بمليارات المرات وتقع حول المجرات مثل مجرتنا درب التبانة.

لم تستطع الفيزياء الحديثة ، حتى الآن ، التوفيق بين حجم بينهما.

وذلك لأن النجوم التي نمت بشكل كبير جدًا قبل الانهيار سوف تلتهم نفسها ، ولا تترك أي أثر للكيانات المتطرفة.

لا يمكن للانهيارات النجمية أن تخلق ثقوبًا سوداء نجمية أكبر من 70 مرة من حجم Sun & rsquos.

الثقوب السوداء هي مناطق في الزمكان حيث تكون الجاذبية قوية بشكل لا يصدق (الصورة: Express)

ثم اكتشف كاشفان العام الماضي إشارة يعرف علماء الفلك الآن أنها نتيجة اصطدام ثقبين أسودين نجميين.

كانت النتيجة أول ثقب أسود متوسط ​​معروف ، بحجم 142 ضعف حجم الشمس.

نتج عن الاصطدام الكوني موجة ثقالية تتحرك بسرعة الضوء.

كانت هذه الموجة التي رصدها العلماء باستخدام مرصد مقياس التداخل بالليزر (LIGO) وكاشفات مقياس التداخل في برج العذراء.


ركلة ضد الاصطدام وجها لوجه من اثنين من الثقوب السوداء

في هذا النموذج [1] ، يتحرك ثقب أسود أصغر وكبير خطيًا تجاه بعضهما البعض ويصطدمان وجهاً لوجه. يتحرك الثقب الأسود الأصغر بشكل أسرع ، وله زخم هبوطي مرتفع ويصدر موجات جاذبية قوية لأسفل. نظرًا لأن كل إجراء ينتج عنه أيضًا رد فعل ، فإن النظام العام يتحرك لأعلى - وهذا هو & quotkick & quot (الجزء الأيسر من الشكل 1).
الثقب الأسود الناتج عن الاندماج في البداية ليس كرويًا ، ولكنه مشوه وله نوع من "النتوء" في الجزء العلوي (الجزء المركزي من الشكل 1). لتنعيم عدم التناسق هذا وتحقيق الشكل الكروي الأكثر ملاءمة بقوة ، يتم إشعاع المزيد من الزخم لأعلى عن طريق موجات الجاذبية: هذا & quotanti-kick & quot لا يزال يتحرك لأعلى ، وإن كان بسرعة منخفضة (الجزء الأيمن من الشكل 1).

الاعتمادات
ب.مويستا ، إل. ريزولا (معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية) ، إم كوبيتز (معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية ومعهد أمب زوز برلين)

الشكل 1: الانطلاق في الفضاء: قام الباحثون بنمذجة تصادم الثقوب السوداء (1). ومن ثم تبين أن الثقب الأسود الذي تم إنشاؤه حديثًا مشوه في البداية (2). لتنعيم عدم التناسق هذا وتحقيق الشكل الكروي الأكثر ملاءمة من حيث الطاقة ، يتم إشعاع المزيد من الزخم إلى الأعلى: يؤدي هذا "المضاد للركلة" إلى إبطاء الثقب الأسود قليلاً - ويستمر الآن في التحرك بسرعة منخفضة (3).

© P. Moesta، L. Rezzolla (معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية)

ملحوظة: يتطلب نشر هذه الصور اعتمادات مناسبة وإذنًا كتابيًا. يرجى الاتصال بـ [email protected] قبل النشر.

© P. Moesta، L. Rezzolla (معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية) ، إم كوبيتز (معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية ومعهد Zuse في برلين)

© P. Moesta، L. Rezzolla (معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية) ، إم كوبيتز (معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية ومعهد Zuse في برلين)

© P. Moesta، L. Rezzolla (معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية) ، إم كوبيتز (معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية ومعهد Zuse في برلين)

© P. Moesta، L. Rezzolla (معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية) ، إم كوبيتز (معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية ومعهد Zuse في برلين


شاهد الفيديو: الناجي الوحيد من براثن الثقوب السوداء (أغسطس 2022).